1. Ingénierie de la bande interdite :
La bande interdite d’un matériau semi-conducteur détermine la gamme de longueurs d’onde lumineuses qu’il peut absorber. Dans les cellules solaires à couches minces, la bande interdite est soigneusement choisie pour correspondre au spectre solaire, garantissant ainsi une absorption maximale de la lumière incidente. Des matériaux à large bande interdite, tels que le tellurure de cadmium (CdTe) et le séléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS), sont souvent utilisés, car ils peuvent convertir efficacement les photons de haute énergie en courant électrique.
2. Propriétés optiques :
Les propriétés optiques des couches minces jouent un rôle important dans l’efficacité. Des revêtements antireflet peuvent être appliqués sur la surface de la cellule solaire pour minimiser la réflexion de la lumière et augmenter la quantité de lumière pénétrant dans les couches actives. De plus, l’utilisation de surfaces texturées ou de structures piégeant la lumière peut améliorer l’absorption de la lumière dans le film mince, améliorant ainsi l’efficacité globale.
3. Collecte des porteurs de frais :
Les cellules solaires à couches minces efficaces doivent disposer de mécanismes efficaces pour la collecte des porteurs de charge. La conception et l'ingénierie de l'architecture du dispositif sont cruciales pour minimiser les pertes de recombinaison et garantir que les porteurs de charge générés sont efficacement séparés et transportés vers les électrodes. Ceci peut être réalisé grâce à une sélection minutieuse des matériaux, à l’optimisation des épaisseurs de couche et à l’incorporation de contacts sélectifs sur les supports.
4. Qualité des matériaux :
La qualité des matériaux en couches minces utilisés est primordiale pour atteindre un rendement élevé. Les défauts et les impuretés dans les couches semi-conductrices peuvent agir comme des centres de recombinaison, réduisant ainsi la durée de vie des porteurs de charge et limitant l'efficacité globale de la cellule solaire. Des techniques de dépôt de haute qualité et un contrôle minutieux des processus sont essentiels pour minimiser les défauts et garantir les propriétés matérielles souhaitées.
5. Oxydes conducteurs transparents (TCO) :
Les TCO sont utilisés dans les cellules solaires à couches minces pour collecter les porteurs de charge générés et transmettre la lumière dans les couches actives. Les propriétés du TCO, telles qu'une conductivité électrique élevée, une transparence optique et une faible résistance électrique, sont essentielles pour minimiser les pertes optiques et maintenir un rendement élevé.
6. Architecture de l'appareil :
L'architecture du dispositif d'une cellule solaire à couche mince fait référence à la disposition et à la conception des différentes couches au sein du dispositif. Des facteurs tels que l’ordre des couches, l’optimisation de l’épaisseur et l’incorporation de couches fonctionnelles supplémentaires peuvent influencer l’efficacité du dispositif. Les architectures tandem ou multi-jonctions, qui empilent plusieurs couches de couches minces avec différentes bandes interdites, peuvent encore améliorer l’efficacité en utilisant une gamme plus large du spectre solaire.
En optimisant ces facteurs clés et en employant des techniques avancées d’ingénierie des dispositifs, l’efficacité des cellules solaires à couches minces s’est progressivement améliorée. Les efforts actuels de recherche et de développement visent à atteindre des rendements encore plus élevés, à réduire les coûts de production et à améliorer la stabilité à long terme de ces technologies afin de les rendre plus compétitives sur le marché des énergies renouvelables.
