L'efficacité des cellules solaires peut être augmentée par des contacts à couche mince développés par les chercheurs de la KAUST.

L'amélioration des performances des cellules solaires nécessite de scruter chaque aspect de leur conception. D'abord, cela signifie améliorer la qualité cristalline du matériau absorbant pour maximiser la conversion des photons en électrons chargés négativement et en trous chargés positivement. Prochain, l'architecture de l'appareil doit être optimisée pour garantir que ces porteurs de charge peuvent se déplacer efficacement à travers le matériau. Finalement, les contacts électriques qui extraient les porteurs de l'appareil et dans un circuit externe sont à perfectionner.

Xinbo Yang et ses collègues du KAUST Solar Center et du KAUST Core Lab, avec des collègues de l'Université nationale australienne, concentrez-vous sur cette troisième étape en développant des contacts à couche mince de tantale-nitrure sélectifs pour les électrons pour les cellules solaires en silicium.

L'interface entre un contact en silicium et en métal peut créer une barrière à haute résistance qui perturbe le flux de courant. En outre, les états électroniques induits par le métal à la surface du silicium permettent au porteur de charge de se recombiner, ce qui réduit l'efficacité de conversion. Traditionnellement, processus coûteux, telles que la diffusion et le dépôt chimique en phase vapeur de couches supplémentaires ont été adoptées pour réduire la résistance de contact et la recombinaison des porteurs.

Yang et l'équipe combattent ces problèmes en plaçant du nitrure de tantale sur du silicium à l'aide d'une méthode connue sous le nom de dépôt par couche atomique :ils le font en exposant la surface à un gaz, provoquant la formation d'un film mince de haute qualité, un atome à la fois.

"Les contacts tantale-nitrure à sélectivité électronique peuvent réduire simultanément la recombinaison des porteurs de charge et la résistance de contact, " explique Yang. " Cela peut simplifier la complexité de fabrication de l'appareil et réduire le coût de production. "

En étudiant expérimentalement les propriétés électriques de l'interface nitrure de tantale-silicium, les chercheurs ont montré que l'intercalaire en nitrure de tantale était capable de réduire la résistance de contact au flux d'électrons du silicium et des contacts métalliques en argent ou en aluminium. Mais, il bloquait simultanément l'écoulement des trous, réduire la recombinaison des porteurs.

L'équipe a créé une cellule solaire en silicium qui utilisait un contact tantale-nitrure-métal sélectif pour les électrons. Ils ont montré que cela améliorait l'efficacité de conversion de puissance - le rapport entre la puissance électrique sortante et la puissance optique entrante - de plus de 20 % par rapport à un dispositif de contrôle construit sans nitrure de tantale. Ils ont également constaté que cela simplifiait la séquence de fabrication de l'appareil, et le coût, en éliminant les processus de dopage et d'ouverture des contacts.

"Nous étudions également l'application potentielle des couches de transport d'électrons en nitrure de tantale pour les cellules solaires organiques et pérovskites, " explique le scientifique et chercheur principal de KAUST, Stefan De Wolf.