La technique de la passivation réduit les défauts des cellules solaires de Kesterrite pour obtenir une efficacité de 11,51%

Au cours des dernières décennies, les cellules solaires sont devenues de plus en plus répandues, avec un nombre croissant d’individus et d’entreprises dans le monde en s’appuyant désormais sur l’énergie solaire pour alimenter leurs maisons ou leurs opérations. Les ingénieurs énergétiques du monde entier ont ainsi essayé d’identifier les matériaux qui sont prometteurs pour le développement de photovoltaïques, sont respectueux de l’environnement et non toxiques, et peuvent également être facilement achetés et traités.

Il s’agit notamment de matériaux à base de kestérite, tels que cu₂znsns₄ (CZTS), une classe de matériaux semi-conducteurs avec un structure cristalline qui ressemble à celui de la kestérite minérale naturelle. Kesterite cellules solaires pourrait avoir divers avantages par rapport aux photovoltaïques conventionnels à base de silicium qui sont les plus utilisés aujourd’hui, y compris des coûts de fabrication plus faibles, une composition moins toxique et une plus grande flexibilité.

Malgré leur potentiel, les cellules solaires Kesterrite développées à ce jour atteignent des efficacités de conversion de puissance significativement plus faibles (PCE) que leurs homologues en silicium. Ceci est en grande partie dû à des défauts à l’échelle atomique dans les matériaux à base de kestérite qui piègent les porteurs de charge et provoquent une recombinaison non radiative, un processus qui provoque des pertes d’énergie et réduit ainsi les performances des cellules solaires.

Des chercheurs de l’Université de Shenzhen et de l’Université de Rennes ont récemment introduit une nouvelle technique de passivation qui pourrait aider à supprimer les défauts des CZT et d’autres kesterrites, ce qui pourrait à son tour renforcer les performances des cellules solaires en fonction de ces matériaux. Leur technique proposée, décrite dans un article publié dans Énergie de la natures’est révélé entraîner des cellules solaires avec une efficacité certifiée de 11,51%, sans utiliser d’autres additifs pour améliorer les propriétés des matériaux.

« Le CZTS est un matériau photovoltaïque compétitif, en particulier pour les cellules solaires multidjonction », a écrit Tong Wu, Shuo Chen et leurs collègues dans leur article. « Cependant, l’efficacité de conversion de puissance de l’appareil est restée stagnante pendant des années. Des défauts de niveau profond, tels que les lacunes en soufre (V_S), provoquer une grave recombinaison non radiative des porteurs de charge. Nous proposons une stratégie de passivation pour V_S par le traitement thermique de l’hétérojonction CDS / CZTS dans un environnement riche en oxygène. « 

La stratégie de passivation conçue par cette équipe de chercheurs implique le chauffage de l’hétérojonction CDS / CZT sulfure de cadmium (CDS) couche de tamponle tout dans un environnement riche en oxygène. Les couches de tampon sont des couches intermédiaires dans les cellules solaires qui sont placées entre les matériaux d’absorbeur, dans ce cas CZTS et un matériau conducteur transparent.

« Dans ce processus, V_S sont occupés par atomes d’oxygènesuppression v_S Défauts, « Expliqués Wu, Chen et leurs collègues ». Ces effets ont conduit à une recombinaison de charge réduite et à un alignement de bande favorable. « 

Pour démontrer le potentiel de leur approche de passivation, les chercheurs l’ont appliqué à de vraies cellules solaires à base de CZTS, puis ont évalué les performances de ces cellules dans une série de tests. Ils ont constaté que leur stratégie améliorait les PCE des cellules, sans utiliser d’additifs ou de stratégies de dopage extrinsèque.

« Nous démontrons une efficacité certifiée de 11,51% pour les cellules solaires CZTS transformées par la solution aérienne (bande interdite de 1,5 eV) sans aucun alliage de cations extrinsèque », a écrit Wu, Chen et leurs collègues. « L’étude offre un aperçu de la passivation des défauts et du mécanisme d’amélioration des performances des cellules solaires de Kesterite. »

À l’avenir, la récente étude de Wu, Chen et leurs collègues et la nouvelle stratégie de passivation qu’ils ont conçue pourrait être perfectionnée et appliquée à d’autres cellules solaires à base de kestérite. Finalement, il pourrait contribuer à l’avancement de ces cellules solaires, ce qui pourrait à son tour faciliter leur déploiement réel.

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