Une cellule solaire semi-transparente à base de nanocristaux AgBiS2. Crédit :ICFO
De nos jours, notre monde est à la recherche de sources d'énergie plus propres pour alimenter nos besoins industriels et économiques croissants. L'énergie solaire devient une alternative aux énergies fossiles, mais en raison de l'accélération du rythme auquel nous consommons de l'énergie, nous devons développer des technologies photovoltaïques omniprésentes qui peuvent être utilisées partout :sur les bâtiments, vêtements, l'électronique grand public et les wearables. Cela nécessite un film ultra-mince, des cellules solaires à faible coût et idéalement flexibles sans compromettre l'environnement lors de la production, utilisation, ou l'élimination.
La plupart d'entre nous savons que les cellules solaires inorganiques les plus courantes, affiché sur les toits et dans les fermes solaires, sont en silicium. Cependant, la production de cellules solaires au silicium peut être coûteuse et gourmande en énergie et les modules finaux sont lourds et encombrants. De nombreuses cellules solaires à couche mince à moindre coût, alternative au silicium, sont composés d'éléments toxiques tels que le plomb ou le cadmium, ou contiennent des éléments rares tels que l'indium ou le tellure.
Maintenant, les chercheurs de l'ICFO, le Dr Maria Bernechea, Dr Nicky Miller, Guillem Xercavins, David Alors, et le Dr Alexandros Stavrinadis, dirigé par ICREA Prof. à ICFO Gerasimos Konstantatos ont trouvé une solution à ce problème croissant. Ils ont fabriqué une solution traitée, cellule solaire semi-transparente à base de nanocristaux AgBiS2, un matériau qui se compose de non toxique, éléments abondants en terre, produit dans des conditions ambiantes à basse température. Ces cristaux sont de puissants absorbeurs panchromatiques de lumière et ont été conçus pour agir comme un moyen de transport de charge efficace pour les cellules solaires traitées en solution.
Quelle est la particularité de ces cellules ? Comme le commente la chercheuse Dr Maria Bernechea, "Ils contiennent des nanocristaux AgBiS2, un nouveau matériau à base d'éléments non toxiques. La synthèse chimique des nanocristaux permet un contrôle exquis de leurs propriétés grâce à l'ingénierie à l'échelle nanométrique et permet leur dissolution dans des solutions colloïdales. Le matériau est synthétisé à très basse température (100ºC), un ordre de grandeur inférieur à ceux requis pour les cellules solaires à base de silicium."
Les chercheurs Dr Nicky Miller et Dr Maria Bernechea tiennent une cellule solaire semi-transparente. Crédit :ICFO
L'équipe de chercheurs de l'ICFO a développé ces cellules grâce à une procédure synthétique d'injection à chaud à basse température. Ils ont d'abord dispersé les nanocristaux dans des solvants organiques, où les solutions sont restées stables pendant des mois sans aucune perte de performance de l'appareil. Puis les nanocristaux ont été déposés sur une couche mince de ZnO et d'ITO, l'oxyde conducteur transparent le plus couramment utilisé, par un processus de dépôt couche par couche, jusqu'à ce qu'une épaisseur d'environ 35 nm soit atteinte.
"Une caractéristique très intéressante des cellules solaires AgBiS2 est qu'elles peuvent être fabriquées dans l'air à basse température en utilisant des techniques de traitement de solution à faible coût sans avoir besoin de l'équipement sophistiqué et coûteux requis pour fabriquer de nombreuses autres cellules solaires. Ces caractéristiques donnent aux cellules solaires AgBiS2 potentiel important en tant qu'alternative à faible coût aux cellules solaires traditionnelles, " dit le Dr Nicky Miller.
Ces cellules ont déjà atteint des rendements de conversion de puissance de 6,3 pour cent, ce qui est comparable aux efficacités signalées au début des technologies photovoltaïques à couches minces actuellement hautes performances. Cela met en évidence le potentiel d'AgBiS2 en tant que matériau de cellule solaire qui, dans un avenir proche, pourra concurrencer les technologies à couche mince actuelles qui reposent sur le vide, procédés de fabrication à haute température.
Comme le conclut ICREA Prof à ICFO Gerasimos Konstantatos, « Il s'agit du premier matériau de cellule solaire à l'état solide à nanocristaux inorganiques efficace qui répond simultanément aux exigences de non-toxicité, abondance et traitement de solution à basse température. Ces premiers résultats sont très encourageants, pourtant, ce n'est encore qu'un début et nous travaillons actuellement sur notre prochaine étape vers l'efficacité> 12 pour cent".
Les résultats obtenus à partir de cette étude marquent un tournant dans le concept et la production de cellules solaires, passer des cellules au silicium à des cellules solaires écologiques à faible coût, ce qui impliquera certainement un monde plus sûr et plus durable pour l'avenir.
