(Phys.org) -- Des chercheurs européens ont développé une méthode thermodynamique simple pour prédire si une substance peut résister aux températures élevées normalement impliquées dans la production de films minces pour les dispositifs photovoltaïques. La nouvelle approche pourrait aider les scientifiques dans leur recherche de meilleurs matériaux énergétiques. Jonathan Scragg de l'Université d'Uppsala, Suède, et ses collègues de l'Université de Bath, ROYAUME-UNI, et l'Université du Luxembourg présentent leurs résultats en ChemPhysChem .
"Il y a beaucoup de choses à considérer lors de la recherche du matériau idéal dans une cellule solaire", dit Scragg. « Il doit être très efficace pour convertir la lumière en électricité, ne doit pas contenir de rare, matières premières chères ou dangereuses, et doit être facile à fabriquer avec une haute qualité". la plupart des technologies existantes de cellules solaires à couches minces inorganiques sans silicium sont basées soit sur des substances toxiques, comme le tellurure de cadmium (CdTe), ou des substances relativement rares, tels que le séléniure de cuivre indium gallium (CIGSe). De nombreux chercheurs du monde entier sont donc à la recherche de matériaux alternatifs pour surmonter ces limitations. "Nous sommes confrontés à un énorme problème", dit Scragg. "La nature a fourni un si grand nombre de matériaux différents qu'il est impossible de tester chacun d'entre eux. Nous décrivons une méthode qui peut grandement simplifier ce problème".
Pendant le processus de fabrication, les matériaux des cellules solaires doivent être chauffés à des températures élevées - dans une étape appelée recuit - afin qu'ils puissent cristalliser avec la qualité requise. Cependant, de nombreux matériaux ne supportent pas ces températures élevées sans se décomposer, ce qui les rend fondamentalement inadaptés. Scragg et ses collègues ont maintenant trouvé un moyen de déterminer à l'avance si une substance sera capable de résister aux températures élevées rencontrées dans le processus de fabrication ou non. Ils ont prédit les réactions ayant lieu lors du traitement thermique de couches de plusieurs composés semi-conducteurs multinaires sur différents substrats et ont démontré que les conditions de recuit peuvent être contrôlées pour maximiser la stabilité et la qualité des matériaux.
Les scientifiques ont étudié différentes substances, comme le CIGSe, séléniure de cuivre zinc étain (CZTSe), et d'autres semi-conducteurs ternaires et quaternaires moins connus. Scragg pense que la nouvelle approche sera d'une grande aide dans la recherche de meilleurs matériaux absorbants :« Il existe de nombreux matériaux alternatifs, dont certains sont très prometteurs et certains pourraient ne jamais répondre aux exigences de la cellule solaire. Peu de ces alternatives reçoivent le temps et les ressources nécessaires pour les développer à un niveau suffisamment élevé. Au lieu de se concentrer sur un seul matériau, nous adoptons une approche plus large, fournir une méthode pour déterminer quels matériaux sont potentiellement utiles, et qui ont des limites fondamentales", il dit.
