Alors que les émissions mondiales de dioxyde de carbone liées à l'énergie atteignent un niveau record en 2021, le besoin d'énergie propre est plus pressant que jamais. Une telle alternative aux combustibles fossiles est l'énergie solaire. Les cellules solaires ont été développées avec une variété de matériaux, mais le sélénium (Se) est une option souhaitable car il est peu coûteux, stable et non toxique, selon Chao Chen du Laboratoire national d'optoélectronique de Wuhan (WNLO) et de l'École d'électronique optique. Informations à l'Université des sciences et technologies de Huazhong, Chine.

Cependant, son efficacité est limitée par son point de fusion bas et sa large bande interdite - la plage où aucun état électronique ne peut exister. Aujourd'hui, Chen et d'autres chercheurs ont surmonté ces limitations en alliant du sélénium au tellure (Te), faisant des cellules solaires au sélénium une option plus attrayante.

Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Frontiers of Optoelectronics .

La plage de bande interdite optimale pour les cellules solaires à jonction unique est de 1 à 1,5 eV, selon les chercheurs, mais la bande interdite de Se est d'environ 1,8 eV, ce qui la rend plus large qu'idéale pour une utilisation dans les cellules solaires. Les chercheurs ont pu régler les cellules solaires à la limite de Shockley-Queisser, qui est l'efficacité théorique maximale d'une cellule solaire à jonction unique, en associant le sélénium au tellure.

"Allier [sélénium] avec du tellure, qui a la même structure cristalline et [a] une bande interdite étroite, peut ajuster la bande interdite et augmenter le point de fusion, élargissant ainsi le spectre d'absorption et améliorant la qualité des films [de la cellule solaire au sélénium], " a déclaré Chen, professeur agrégé à l'École d'information électronique optique de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, qui est l'auteur correspondant. "Donc Se_{1 - x} Te_x l'alliage devrait permettre d'améliorer l'efficacité des cellules solaires."

Les chercheurs ont également utilisé l'oxyde de zinc (ZnO) comme couche de transport d'électrons dans la fabrication des cellules solaires en raison du bon alignement des bandes et de la réaction modérée à l'interface de l'oxyde de zinc et du sélénium/tellure.

"L'oxyde de zinc a été sélectionné comme couche de transport d'électrons, qui peut légèrement réagir avec Se pour améliorer son adhérence interfaciale et réduire les liaisons pendantes et ainsi réduire les défauts interfaciaux", a déclaré Chen.

Chen a déclaré que cette utilisation de l'oxyde de zinc était l'une des nouvelles parties de cette recherche, ainsi que l'analyse que les chercheurs ont menée sur certains aspects des cellules solaires au sélénium et au tellure.

"Le mécanisme de recombinaison et le type de défaut de Se_{1 - x} Te_x les cellules solaires en alliage ont été analysées par des caractérisations de l'admittance courant-tension dépendant de l'intensité lumineuse, de la capacité-tension et de la température, ce qui aidera à optimiser davantage le Se_{1 - x} Te_x système d'alliage", a déclaré Chen.

Après avoir fabriqué les nouvelles cellules solaires au tellure de sélénium avec des couches de transport d'électrons d'oxyde de zinc, les chercheurs ont découvert que le nouveau matériau conserve les caractéristiques positives précédemment connues d'avoir un coefficient d'absorption élevé et d'être très photoconducteur tout en améliorant l'efficacité.

"L'efficacité de ZnO/Se_0,7 Te_0.3 cellules solaires a plus que doublé après neuf mois dans l'air », a déclaré Chen. « ZnO/Se_0,7 Te_0.3 [est prouvé comme] une jonction supérieure avec une correspondance de bande d'énergie et une adhérence serrée, et l'efficacité de 1,85 % a été atteinte de manière préliminaire."

Les chercheurs cherchent maintenant à améliorer la fabrication des cellules solaires, puis à faire évoluer la technologie.

"La prochaine étape sera de préparer du Se₁ de haute qualité _{- x} Te_x films d'alliage - éliminent les trous et les défauts d'inoccupation, etc. - et optimisent la structure du dispositif - en ajoutant la couche de transport de trous, etc. - afin d'améliorer encore l'efficacité de Se_{1 - x} Te_x cellules solaires en alliage et réaliser une production de masse." + Explorer davantage

L'équipe optimise la formule des cellules solaires au cadmium-tellure