Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Anita Ho-Baillie, titulaire de la chaire John Hooke de nanosciences à l'Université de Sydney en Australie, a établi un nouveau record de technologie solaire pour la plus grande cellule solaire tandem en silicium à triple-pérovskite-pérovskite-silicium au monde.
Leurs 16 cm2La cellule à triple-jonction présente un rendement de conversion de puissance-à l'état stable de 23,3 % (certifié de manière indépendante), ce qui est le plus élevé signalé pour un appareil-de grande surface de ce type. Son équipe a également créé un modèle de 1 cm2cellule avec un rendement de 27,06%, qui a établi de nouvelles normes de stabilité thermique (voir vidéo).
La tendance aux gains d'efficacité est motivée par "une marge plus grande pour l'efficacité de la conversion d'énergie-car la limite d'efficacité théorique pour une triple jonction est d'environ 51 %, tandis que pour une double jonction, elle est d'environ 45 %", explique Ho-Baillie, qui est également affilié au Net Zero Institute de l'Université de Sydney. "Une seule jonction représente 33 % si la bande interdite de la cellule solaire n'est pas contrainte, mais seulement 30 % pour le silicium."
Les cellules solaires tandem multijonction impliquent d'empiler des cellules solaires avec différentes bandes interdites-la plus élevée étant située sur le côté face au soleil--pour permettre à chaque cellule de convertir plus efficacement des sections du spectre solaire en énergie électrique et de minimiser les pertes de bande interdite et de thermalisation inférieures-.
"Dans une cellule à deux -jonctions, par exemple, la jonction à bande interdite supérieure-convertit l'énergie photonique plus élevée en énergie électrique et le fait plus efficacement qu'une jonction à bande interdite plus étroite-, ce qui réduit la perte de thermalisation", explique Ho-Baillie. "Le photon d'énergie inférieure-traverse la jonction supérieure à large bande interdite-et sera absorbé par la jonction inférieure de la bande interdite la plus étroite pour la conversion de l'énergie électrique. Si la jonction inférieure n'était pas là, ces photons d'énergie inférieure-entraînent une perte de non-absorption de bande interdite inférieure à-."
Conceptions optiques
Pour illustrer les conceptions optiques impliquées, les deux principales jonctions pérovskites de l’équipe sont électriquement interconnectées via des nanoparticules d’or. "Nous avons utilisé la modélisation optique pour simuler l'effet de la couverture des nanoparticules sur la perte optique, et la modélisation électrique pour simuler le contact ohmique établi par la nanoparticule", explique Ho-Baillie. "Un équilibre est atteint lorsqu'un nombre suffisant de nanoparticules est présent pour minimiser la perte optique sans compromettre les performances électriques."
L'équipe de Ho-Baillie a également amélioré la stabilité et les performances de la jonction pérovskite à large bande interdite (1,91-eV) en "remplaçant le rubidium par le méthylammonium moins stable dans la pérovskite et en remplaçant le dichlorure de pipérazinium (PDCI) par le fluorure de lithium moins stable comme couche de passivation de surface", dit-elle.
Ho-La persévérance de Baillie à vouloir visualiser l'or ultra-mince a vraiment porté ses fruits. "Il faut une quantité critique d'or pour que les amas se forment et deviennent d'abord un film semi-continu", dit-elle. "Plus d'or permettra à un film continu de se développer. En dessous de la quantité critique de "cluster", l'or sera sous forme de nanoparticules. Ce qui rend nos découvertes intéressantes est que les films -continus ou non continus- ne sont pas nécessaires pour connecter deux jonctions. Les nanoparticules, bien qu'isolées, sont suffisantes pour le contact ohmique entre les jonctions pour le transport vertical des porteurs-tout en minimisant les pertes optiques. "
Que signifie ce record d’efficacité pour le terrain ? "Notre démonstration fournit des informations sur les propriétés importantes des matériaux pour de futures améliorations d'efficacité", explique Ho-Baillie. "L'analyse des pertes fournit également des recommandations pour de futures améliorations d'efficacité-à la fois pour les petits- et les grands-appareils. Prochaine étape : une triple jonction à 30 %, poussant vers 40 %. »
Les travaux de l'équipe ont impliqué des partenaires de Chine, d'Allemagne et de Slovénie et ont reçu le soutien de l'Agence australienne des énergies renouvelables et du Conseil australien de la recherche.
