Dans des simulations et des expériences, les chercheurs démontrent que l'introduction de minuscules textures à l'échelle nanométrique sur les surfaces des matériaux dans les cellules solaires tandem pérovskite/silicium peut augmenter considérablement l'efficacité en réduisant la quantité d'énergie lumineuse perdue en raison de la réflexion. Une nouvelle conception nanotexturée peut atteindre un potentiel d'efficacité de conversion de puissance supérieur à 29 %, ce qui, selon les simulations, pourrait être encore amélioré avec de meilleures techniques de fabrication et une texturation supplémentaire.
Philipp Tockhorn de Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) présentera les travaux lors du congrès virtuel OSA Advanced Photonics qui se tiendra le 29 juillet.
"Nous présentons des cellules solaires tandem pérovskite/silicium nanotexturées qui sont à égalité avec les meilleures cellules présentées dans ce domaine hautement dynamique", a déclaré Tockhorn. Nos découvertes peuvent contribuer au développement ultérieur de cellules solaires tandem pérovskite/silicium hautement efficaces et ont le potentiel de réduire davantage le coût de l'électricité solaire. »
Les pérovskites sont des matériaux dont la structure cristalline est similaire à celle de la pérovskite minérale naturelle. Ces matériaux semi-conducteurs convertissent la lumière du soleil en énergie de manière très efficace et ont été au cœur du développement des technologies d'énergie solaire de nouvelle génération. Les panneaux solaires d'aujourd'hui sont principalement fabriqués à partir de silicium.
Pour le nouveau travail, Tockhorn, Johannes Sutter et leurs collègues des groupes du professeur Becker et du professeur Albrecht du HZB ont examiné comment l'introduction de la nanotexturation à diverses interfaces affecte les performances des cellules solaires en tandem fabriquées à partir d'une cellule solaire pérovskite au sommet d'une cellule solaire en silicium. Ils ont d'abord utilisé une simulation informatique pour calculer le courant électrique dans les sous-cellules de pérovskite et de silicium (la densité de photocourant) lorsque la couche de pérovskite était totalement plate, nanotexturée (bosselée) uniquement en bas là où elle rencontrait la couche de silicium, ou bosselée sur les deux dessus. et en bas. Les bosses simulées avaient une hauteur d'environ 300 nm et étaient distantes de 750 nm. Alors que la conception nanotexturée unilatérale n'a montré qu'une légère amélioration des performances par rapport à la conception plate dans la simulation, l'architecture entièrement texturée a été calculée pour absorber considérablement plus de lumière, augmentant la densité de photocourant de 0.7 mA/cm2 par sous-cellule.
Pour explorer davantage comment la nanotexturation affecte les performances des cellules solaires, les chercheurs ont ensuite fabriqué différentes conceptions de cellules solaires tandem pérovskite/silicium : une avec une couche de pérovskite entièrement plate et une avec une couche de pérovskite plate en haut et bosselée en bas à l'interface pour la cellule solaire au silicium. Ils ont déterminé que la nanotexturation unilatérale augmentait déjà la lumière absorbée et le courant généré dans la couche absorbante en silicium de 0.2-0.3 mA/cm².
« Remarquablement, les nanotextures améliorent non seulement l'absorption de la lumière, mais conduisent également à une légère amélioration de la cellule solaire en tandem. papier qualité par rapport à la référence plane en conjonction avec de meilleures conditions de traitement du film, a déclaré Tockhorn.
Les résultats suggèrent une voie prometteuse pour de nouvelles améliorations, selon les chercheurs du HZB. Sur la base de leurs résultats de simulation, les chercheurs prédisent qu'une cellule solaire où la couche de pérovskite est nanotexturée en haut et en bas augmenterait probablement encore les performances et atteindrait une efficacité de conversion de puissance supérieure à 30 %.
"Un développement ultérieur de cette approche texturée double face est existant et réalisable, mais nécessitera des améliorations dans le processus de fabrication pour ajouter une nanotexturation à la face supérieure de la couche de pérovskite", a déclaré Tockhorn.
