La société chimique japonaise Kaneka a conçu une cellule solaire tandem pérovskite-cristallin à deux terminaisons (2T) en utilisant une plaquette de silicium industriel Czochralski (CZ) de 145 μm d’épaisseur. Les chercheurs de l’entreprise ont construit la cellule avec une couche intermédiaire antireflet reposant sur ce qu’ils appellent des “structures texturées douces” qui ont été appliquées sur la face avant du fond. Cela permettrait une amélioration significative des effets de confinement de la lumière typiques des dispositifs tandem pérovskite-silicium.
« La technologie de gestion de la lumière est obligatoire pour utiliser pleinement la large gamme du spectre solaire dans une cellule solaire, en particulier pour une structure tandem 2T, puisque les cellules supérieures et inférieures sont connectées électriquement en série et doivent satisfaire aux contraintes de l’adaptation de courant selon laquelle les courants respectifs au point de fonctionnement doivent être alignés dans une certaine mesure », ont-ils déclaré. « En raison de la grande différence entre les indices de réfraction de la pérovskite et du silicium cristallin (c-Si), la couche intermédiaire optimisée agit comme un revêtement antireflet pour supprimer la perte de réflexion de la lumière infrarouge utilisée dans la cellule inférieure ».
L’entreprise a contrôlé la morphologie de la texture douce sur les deux faces de la plaquette en utilisant la gravure chimique. Grâce à la microscopie à force atomique (AFM), elle a comparé les performances des deux absorbeurs dotés de la structure douce à celles de dispositifs similaires dépourvus de cette structure. « En appliquant la texture douce, la densité de photocourant de la cellule inférieure en silicium augmente de plus de 2 % par rapport à la référence », a expliqué l’entreprise.
La société a fabriqué une cellule supérieure avec un substrat en oxyde d’indium-étain (ITO), une couche de transport d’électrons en buckminsterfullerène (C60), une couche de passivation, l’absorbeur pérovskite, une monocouche auto-assemblée, une couche intermédiaire à base d’ITO et d’oxyde de silicium microcristallin (μc-SiOx). Elle a ensuite fabriqué la cellule inférieure avec une couche de silicium amorphe dopé n (a-n:Si), plusieurs couches de silicium traitées par différents procédés et un contact inférieur composé d’ITO et d’argent (Ag).
« La couche de passivation a été introduite entre le C60 et la couche de pérovskite et les épaisseurs de la tranche de c-Si et de la couche supérieure d’ITO ont été réduites dans ce travail », explique l’entreprise. « Après avoir recouvert la couche de passivation, le C60 a été évaporé thermiquement successivement sur le film de pérovskite ».
Le dispositif tandem a atteint un rendement de conversion d’énergie de 29,2 %, une tension en circuit ouvert de 1,929 V, une densité de courant de court-circuit de 19,5 mA cm-2 et un facteur de remplissage de 77,55 %. Ce résultat, qui a été confirmé par le Fraunhofer ISE Callab, améliore le rendement de 28,3 % que Kaneka avait obtenu précédemment pour un dispositif de même architecture, les principales différences étant la couche de passivation et l’épaisseur de la tranche de silicium. « Il s’agit du rendement de conversion d’énergie certifié le plus élevé à notre connaissance pour des cellules solaires tandem pérovskite-silicium 2T utilisant des plaquettes CZ », a déclaré l’entreprise.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
