Une cellule solaire tandem établit un record d'efficacité de 25,5 % grâce à sa conception CIGS-pérovskite.

Une équipe berlinoise du HZB et du Centre pour la science des matériaux de Berlin (CSMB) de l'Université Humboldt de Berlin a établi un nouveau record pour une cellule solaire tandem. Grâce à une combinaison d'une couche semi-conductrice CIGS (cuivre, indium, gallium et sélénium) et de pérovskite, ainsi que de plusieurs couches intermédiaires optimisées, l'équipe a converti 25,5 % de la lumière solaire en énergie électrique. Le précédent record pour cette combinaison de matériaux et cette taille de cellule était de 24,6 %.

Le nouveau record a été homologué et figure dans les tableaux d'efficacité des cellules solaires (the « Green Tables») publiés dans la revue Joule , qui font référence pour la communauté photovoltaïque mondiale. Pour être inclus dans ce tableau de référence, il faut non seulement un rendement élevé, mais aussi une surface supérieure à 1 cm² ^. Le tableau NLR (anciennement NREL), quant à lui, ne mentionne que le rendement maximal par technologie, même pour les cellules d'une surface de 0,001 ^cm² .

Améliorer la cellule

« Afin de dépasser notre précédent record établi dans le cadre du projet européen SOLMATES, nous avons utilisé des cellules inférieures CIGSe présentant différentes bandes interdites (1,05 eV et 1,1 eV) et deux épaisseurs différentes d'oxydes de zinc dopés à l'aluminium aux caractéristiques similaires. Nous avons également testé différentes architectures de cellules, en complément des améliorations continues que nous avions déjà obtenues par rapport à notre précédent record », explique le Dr Guillermo Farias Basulto.

Afin de réduire les pertes par recombinaison interfaciale et d'améliorer la stabilité des dispositifs, le chimiste Wuai Zhang a testé différentes combinaisons d'oxyde de nickel (NiOx) et de monocouches auto-assemblées (SAM) comme matériau de transport de trous. Zhang a également optimisé le procédé de fabrication des contacts sélectifs aux électrons en contrôlant la vitesse initiale d'évaporation thermique du buckminsterfullerène (C60) sur une couche de passivation ultra-mince (1 nm) de fluorure de lithium (LiF).

De la cellule d'enregistrement au mini-module

La cellule a une surface de 1,081 cm² ^, ce qui reste certes réduit. Cependant, dans le cadre du projet SOLMATES, Nicolas Otto de l'Université des sciences appliquées de Berlin (HTW), en collaboration avec Thede Mehlhop du HZB, a également réussi à fabriquer un mini-module avec un empilement de matériaux similaire, présentant un rendement d'environ 19,7 % et une surface de 2,25 ^cm² .

« La physique inhérente à notre architecture cellulaire actuelle suggère que 25,5 % n'est qu'une étape intermédiaire, étant donné que nos tests internes sur des architectures similaires ont déjà atteint des rendements de 27,5 % », souligne Farias Basulto.

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