L'insertion d'une couche de fluorure métallique dans des cellules solaires en tandem multicouches pérovskite-silicium peut bloquer la recombinaison de charge et améliorer les performances, ont découvert les chercheurs de KAUST.

Les cellules solaires en tandem qui combinent des sous-cellules à base de pérovskite et de silicium dans un seul appareil devraient mieux capter et convertir la lumière du soleil en électricité que leurs analogues conventionnels en silicium à jonction unique à moindre coût. Cependant, lorsque la lumière du soleil frappe la sous-cellule de pérovskite, les paires d'électrons et les trous chargés positivement qui en résultent ont tendance à se recombiner à l'interface entre la pérovskite et la couche de transport d'électrons. De plus, une inadéquation entre les niveaux d'énergie à cette interface entrave la séparation des électrons dans la cellule. Cumulativement, ces problèmes réduisent la tension de fonctionnement maximale disponible, ou tension en circuit ouvert, des cellules en tandem et limitent les performances de l'appareil.

Ces problèmes de performances peuvent être partiellement résolus en introduisant une couche de fluorure de lithium entre la pérovskite et la couche de transport d'électrons, qui comprend généralement le fullerène accepteur d'électrons (C₆₀ ). Cependant, les sels de lithium se liquéfient et se diffusent facilement à travers les surfaces, ce qui rend les dispositifs instables. "Aucun des appareils n'a réussi les protocoles de test standard de la Commission électrotechnique internationale, ce qui nous a incités à créer une alternative", déclare l'auteur principal Jiang Liu, postdoctorant dans le groupe de Stefaan De Wolf.

Liu, De Wolf et ses collègues ont systématiquement étudié le potentiel d'autres fluorures métalliques, tels que le fluorure de magnésium, en tant que matériaux intercalaires à la pérovskite/C₆₀ interface de cellules tandem. Ils ont évaporé thermiquement les fluorures métalliques sur la couche de pérovskite pour former un film uniforme ultrafin avec une épaisseur contrôlée avant d'ajouter du C₆₀ et les composants de contact supérieurs. Les intercalaires sont également très transparents et stables, conformément aux exigences des cellules solaires p-i-n inversées.

La couche intermédiaire de fluorure de magnésium a efficacement favorisé l'extraction d'électrons de la couche active de pérovskite tout en déplaçant le C₆₀ de la surface pérovskite. Cette recombinaison de charge réduite à l'interface. Il a également amélioré le transport de charge à travers la sous-cellule.

La cellule solaire tandem résultante a obtenu une augmentation de 50 millivolts de sa tension de courant ouvert et un rendement de conversion de puissance stabilisé certifié de 29,3 %, l'un des rendements les plus élevés pour les cellules tandem pérovskite-silicium, a déclaré Liu.

"Étant donné que le meilleur rendement est de 26,7 % pour les cellules à jonction unique à base de silicium cristallin grand public, cette technologie innovante pourrait apporter des gains de performances considérables sans augmenter le coût de fabrication", déclare Liu.

Pour explorer davantage l'applicabilité de cette technologie, l'équipe développe des méthodes évolutives pour produire des cellules tandem pérovskite-silicium à l'échelle industrielle avec des zones dépassant 200 centimètres carrés. "Nous développons également plusieurs stratégies pour obtenir des dispositifs tandem hautement stables qui passeront les protocoles critiques de stabilité industrielle", a déclaré Liu. + Explorer plus loin

Couches de transport de trous réticulées pour cellules solaires tandem à pérovskite à haut rendement