Des films conducteurs transparents qui laissent passer une plus large gamme du spectre solaire ont été développés par KAUST et sont destinés à augmenter l'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires multijonctions à base de pérovskite au-delà de 30 %. L'amélioration de l'efficacité rend ces appareils plus attrayants sur le plan commercial.

L'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires à pérovskite a considérablement augmenté au cours de la dernière décennie. Cellules solaires tandem—celles qui combinent une large bande interdite, une cellule supérieure semi-transparente en pérovskite et une cellule inférieure en silicium à faible bande interdite - ont atteint des rendements de conversion de puissance maximum de 28 %, surpassant les cellules solaires en silicium à simple jonction.

Les performances des cellules solaires en tandem à base de pérovskite reposent sur la capacité de la cellule supérieure à récolter la partie bleue du spectre solaire tout en laissant passer la lumière proche infrarouge. Inversement, la cellule du bas n'a besoin d'absorber que la lumière proche infrarouge. "La semi-transparence de la cellule supérieure dépend de la bande interdite optique et de l'épaisseur du film mince de pérovskite ainsi que des caractéristiques des électrodes transparentes, surtout leur côté exposé au soleil, " explique le responsable de l'étude Stefaan De Wolf du KAUST Solar Center.

Les électrodes transparentes idéales présentent une conductivité élevée et une transparence à large bande, ce qui réduit les pertes d'énergie et améliore les performances de l'appareil sur l'ensemble du spectre solaire. L'oxyde d'indium-étain est le matériau conducteur transparent de prédilection pour les cellules solaires, mais son compromis conductivité-transparence n'est pas idéal. Ce compromis ne se manifeste que par une mobilité électronique modérée et une absorption parasite, un phénomène qui entre en compétition avec l'absorption lumineuse responsable de la génération de courant. Métaux, comme le titane et le molybdène, ont été utilisés comme dopants pour les électrodes à base d'oxyde d'indium pour améliorer ce compromis, mais leurs températures de traitement élevées les rendent impropres aux cellules tandem à base de pérovskite.

Comme alternative De Wolf, Erkan Aydin et ses collègues de la KAUST et de l'Université de Twente ont maintenant fabriqué des électrodes transparentes en utilisant de l'oxyde d'indium dopé au zirconium (IZRO). "Ce matériau convient à nos cellules solaires tandem à base de pérovskite en raison de ses propriétés distinctives, en particulier sa large bande interdite dépassant 3,5 électron-volts, haute conductivité et haute transparence proche infrarouge, " dit Aydin.

Contrairement à leurs homologues sans zirconium, les films IZRO initialement amorphes formaient de gros cristaux lorsqu'ils étaient chauffés à 200 degrés Celsius pendant 25 minutes dans des conditions ambiantes, suggérant que le dopage au zirconium favorise la cristallinité. Les films recuits présentaient une transparence et une conductivité plus élevées que leurs précurseurs non traités, qui relie directement la cristallinité aux performances de l'électrode.

Lorsqu'il est incorporé dans des cellules tandem pérovskite-silicium, les électrodes IZRO ont amélioré la réponse de la cellule inférieure par rapport à leurs homologues conventionnels. Cela a augmenté l'efficacité de conversion de puissance de 23,3 à 26,2 pour cent, "Une amélioration remarquable pour les cellules solaires tandem empilées mécaniquement, " dit Aydin.