Les cellules solaires à points quantiques colloïdaux (CQD) ont attiré une attention considérable en raison des avantages d'être flexibles et légères. En outre, elles sont beaucoup plus faciles à fabriquer que les cellules solaires au silicium commerciales utilisées aujourd'hui. Maintenant, les chercheurs rapportent une nouvelle technologie capable de maximiser les performances des cellules solaires CQD existantes.

L'équipe, dirigé par le professeur Sung-Yeon Jang à l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST, a développé une solution de traitement, série hybride, dispositifs photovoltaïques en tandem à haut rendement dotés de CQD et de matériaux photoactifs à hétérojonction organique en vrac (BHJ). L'absorption de la cellule arrière organique a compensé efficacement la perte optique dans la cellule avant CQD, ce qui a amélioré la récolte globale de photons.

Les points quantiques (QD) sont des particules semi-conductrices inférieures à quelques nanomètres. Comme ils ont des caractéristiques intéressantes telles que la longueur d'onde d'émission dépendante de la taille, le spectre d'absorption de la cellule solaire est assez variable. En d'autres termes, l'avantage des QD est qu'ils absorbent la lumière dans le proche infrarouge (NIR), ce que les autres couches photoactives ne peuvent pas. Cependant, il y a des zones dans la région NIR où l'absorption de la lumière ne se produit pas, même avec des QD.

Les chercheurs ont développé leur technologie QD photoactive pour compenser la perte d'efficacité quantique externe (EQE) dans la région NIR. Les dispositifs BHJ organiques absorbant le NIR ont été utilisés comme sous-cellules arrière pour récolter les photons NIR transmis à partir des sous-cellules avant CQD.

En outre, l'équipe a optimisé le bilan de densité de courant de court-circuit de chaque sous-cellule, et a ainsi créé une connexion en série presque idéale en utilisant une couche intermédiaire pour obtenir un rendement de conversion de puissance (PCE) supérieur à celui de chaque dispositif à jonction unique. En effet, le PCE (12,82 %) du dispositif tandem hybride était le plus élevé parmi les CQDPV signalés, y compris les appareils à simple jonction et les appareils en tandem, selon l'équipe de recherche. Les chercheurs écrivent, "Cette étude suggère une voie potentielle pour améliorer les performances des CQDPV par une hybridation appropriée avec des matériaux photoactifs absorbant le NIR."

Par ailleurs, les nouvelles cellules solaires tandem hybrides sont fabriquées à température ambiante et utilisent un processus de solution pour une fabrication facile. Par conséquent, cette cellule solaire est abordable, plus économique, et un coût inférieur par rapport aux cellules solaires au silicium. Leurs coûts de fabrication plus faibles leur confèrent également un net avantage pour la production de masse.

"Le dispositif tandem hybride présentait une dégradation presque négligeable après un stockage dans l'air pendant trois mois, " dit le professeur Jang. " De plus, cette étude a suggéré le potentiel d'atteindre le PCE> 15 % dans les dispositifs hybrides en tandem par la réduction de la perte d'énergie dans les CQDPV et l'amélioration de l'absorption NIR dans les OPV. »