(a) Une illustration schématique des cellules solaires avec des hétérojonctions de nanofils d'oxyde de zinc (ZnO) passivées avec de l'oxyde de titane (TiO2) et des couches de séparation de charge colloïdale-quantique-point de sulfure de plomb (PbS) (cellules solaires ZnO@TiO2/PbS) ;( b) une photographie des CQDSC PbS standard fabriqués dans le laboratoire de Shen ; (c) une image typique au microscope électronique à balayage en coupe transversale des cellules solaires ZnO@TiO2/PbS.
Les tentatives d'amélioration des cellules solaires peuvent sembler un exercice d'équilibre, car l'optimisation d'une variable peut en compromettre une autre. L'introduction de nanofils dans les cellules solaires à points quantiques colloïdaux (CQDSC) a suscité l'intérêt comme moyen d'améliorer une limitation de l'épaisseur de la couche de collecte de charges. Cependant, la surface élevée des nanofils apporte d'autres facteurs inhibiteurs. Maintenant Jin Chang, Qing Shen et ses collègues démontrent comment une modification supplémentaire utilisant une couche d'oxyde peut réduire les effets de surface des nanofils pour des cellules solaires plus performantes.
Les points quantiques colloïdaux offrent un certain nombre d'avantages pour les cellules solaires :ils fournissent des couches de séparation de charge efficaces pour produire un photocourant; avoir des bandes interdites réglables ; et peut être mis en solution à basse température. Cependant, la faible longueur de diffusion des porteurs de charge générés dans les points quantiques colloïdaux limite l'épaisseur maximale de la couche - elle ne doit pas être plus épaisse que la distance que les porteurs peuvent parcourir pour atteindre l'hétérojonction avant de se recombiner. Cette épaisseur limitée coiffe la capacité d'absorption d'énergie.
La pénétration des couches de points quantiques avec des hétérojonctions de nanofils peut permettre des épaisseurs plus importantes. Mais comme la recombinaison se produit aux interfaces, la surface supérieure des hétérojonctions des nanofils compromet l'avantage apporté.
Chang, Shen et ses collègues de l'University of Electro-Communications et du CREST au Japon, Universitat Jaume I en Espagne, L'Institut de technologie de Kyushu et l'Université King Abdulaziz en Arabie saoudite montrent qu'une couche d'oxyde de titane peut passiver la surface des nanofils, réduisant ainsi la recombinaison. La couche d'oxyde permet une amélioration de 40% de l'efficacité de conversion énergétique des appareils et ils sont stables dans l'air pendant plus de 130 jours.
"Ce travail met en évidence l'importance de la passivation à l'oxyde métallique dans la réalisation de cellules solaires à hétérojonction massive de haute performance, " concluent les auteurs. " Le mécanisme de recombinaison de charge découvert dans ce travail pourrait faire la lumière sur l'amélioration future des CQDSC PbS et/ou d'autres types de cellules solaires. "
