En utilisant des couches microstructurées, une équipe HZB a pu augmenter l'efficacité des cellules solaires tandem pérovskite-silicium, atteindre 25,5%, qui est la valeur publiée la plus élevée à ce jour. L'équipe a utilisé des simulations informatiques pour étudier la conversion de la lumière dans diverses conceptions de dispositifs avec différentes surfaces nanostructurées. Cela a permis d'optimiser la gestion de la lumière et d'effectuer des analyses détaillées du rendement énergétique. L'étude vient d'être publiée dans Sciences de l'énergie et de l'environnement .

Les cellules solaires tandem constituées de composés de silicium et de pérovskite aux halogénures métalliques peuvent convertir une partie particulièrement importante du spectre solaire en énergie électrique. Cependant, une partie de la lumière est réfléchie et est donc perdue à des fins de conversion d'énergie. En utilisant des nanostructures, la réflexion peut être considérablement réduite, garantissant que la cellule solaire capte plus de lumière. Par exemple, Les micro-éléments en forme de pyramide peuvent être gravés dans le silicium. Cependant, ces caractéristiques provoquent une rugosité microscopique de la surface du silicium, ce qui le rend plus approprié comme substrat pour le dépôt de couches de pérovskite extrêmement minces. En effet, les pérovskites sont normalement déposées sur une plaquette polie en utilisant un traitement en solution pour former un film extrêmement mince, beaucoup plus mince que les traits pyramidaux. Une couche superficielle de silicium rugueuse empêche donc la formation d'une couche conforme uniforme.

Efficacité améliorée de 23,4% à 25,5%

Une équipe dirigée par le physicien du HZB Steve Albrecht a étudié une approche alternative de la gestion de la lumière avec des textures dans des cellules solaires en tandem. L'équipe a fabriqué un dispositif tandem pérovskite/silicium efficace dont la couche de silicium a été gravée à l'arrière. La couche de pérovskite peut être appliquée par centrifugation sur la face avant lisse du silicium. L'équipe a ensuite appliqué une feuille polymère de gestion de la lumière (LM) sur la face avant de l'appareil. Cela a permis le traitement d'un film de pérovskite de haute qualité sur une surface plane, tout en bénéficiant de la texture de la face avant. "De cette façon, nous avons réussi à améliorer considérablement l'efficacité d'une cellule tandem à hétérojonction pérovskite-silicium monolithique de 23,4% à 25,5%", dit Marko Joët, premier auteur de l'étude et stagiaire postdoctoral dans l'équipe d'Albrecht.

Le modèle numérique montre une possibilité jusqu'à 32,5%

En outre, Jošt et ses collègues ont développé un modèle numérique sophistiqué pour les caractéristiques 3D complexes et leur interaction avec la lumière. Cela a permis à l'équipe de calculer comment différentes conceptions d'appareils avec des textures à diverses interfaces affectent l'efficacité. « Sur la base de ces simulations complexes et de données empiriques, nous pensons qu'une efficacité de 32,5% peut être atteinte de manière réaliste, si nous réussissons à incorporer des pérovskites de haute qualité avec une bande interdite de 1,66 eV", dit Joët.

Convient pour la construction PV intégrée

Et le chef d'équipe Steve Albrecht d'ajouter :« Sur la base de données météorologiques réelles, nous avons pu calculer le rendement énergétique au cours d'une année, pour les différentes conceptions de cellules et pour trois emplacements différents. les simulations montrent que la feuille LM sur la face avant du dispositif de cellule solaire est particulièrement avantageuse sous un rayonnement lumineux diffus, c'est-à-dire pas seulement sous une lumière incidente perpendiculairement. Les cellules solaires en tandem avec le nouveau film LM pourraient donc également convenir à une incorporation dans le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV), ouvrant d'énormes nouveaux domaines pour la production d'énergie à partir de grandes façades de gratte-ciel.