Une nouvelle électrode pourrait ouvrir la voie à des cellules solaires transparentes efficaces utilisées comme fenêtres.
Dans l’optique de développer un jour des cellules solaires transparentes qui pourraient servir de fenêtres dans les maisons et autres bâtiments, une équipe internationale de scientifiques a mis en évidence un nouveau type d’électrode transparente qui peut servir d’élément de base essentiel. Cette percée permet de surmonter certains problèmes de performance rencontrés lors des précédents travaux dans ce domaine et jette les bases de cellules solaires tandem avancées qui combinent les forces de deux technologies distinctes mais complémentaires.
Les cellules solaires à base de silicium sont un pilier de la technologie solaire depuis des décennies, mais depuis peu, nous voyons les cellules à base de pérovskite s’imposer. L’amélioration constante des rendements a placé ces cellules solaires au centre des discussions sur les énergies renouvelables. Une possibilité intéressante consiste à les combiner avec les cellules traditionnelles à base de silicium afin d’en réduire le coût et d’offrir des rendements de conversion plus élevés.
Les cellules solaires en tandem sont au centre de ces dernières recherches, qui s’appuient en fait sur des travaux antérieurs concernant les matériaux d’électrode pour les cellules solaires en pérovskite. Les scientifiques avaient montré comment des films d’or ultrafins pouvaient être utilisés comme électrodes transparentes pour ces cellules, mais ils avaient eu du mal à créer une couche uniforme, ce qui entraînait une mauvaise conductivité. Les auteurs de la nouvelle étude ont découvert que l’utilisation du chrome comme couche d’ensemencement sur laquelle se forme le film d’or permet de contourner ces problèmes.
« Normalement, si vous faites croître une fine couche de quelque chose comme l’or, les nanoparticules se couplent entre elles et se regroupent comme de petites îles », explique Dong Yang, professeur assistant de recherche en science et ingénierie des matériaux à Penn State. « Le chrome a une grande énergie de surface qui fournit un bon endroit pour la croissance de l’or, et il permet en fait à l’or de former un film mince continu. »
En utilisant le chrome comme couche d’ensemencement sur laquelle se forme un film d’or, les scientifiques ont mis en évidence un nouveau type d’électrode transparente pour les cellules solaires tandem.
Ces électrodes ultra-minces se sont révélées stables dans le cadre d’une cellule pérovskite fonctionnelle et ont fait preuve d’un rendement élevé lors des tests de l’équipe. Cette cellule en pérovskite a affiché un rendement de 19,8 %, ce qui, selon l’équipe, constitue un record pour une cellule semi-transparente. En la combinant avec une cellule en silicium pour former une version tandem, on obtient une efficacité de 28,3 %, contre 23,3 % pour la cellule en silicium seule.
« Une amélioration de cinq pour cent de l’efficacité est géante », explique Shashank Priya, auteur de l’étude. « Cela signifie essentiellement que vous convertissez environ 50 watts de plus de lumière solaire pour chaque mètre carré de matériau de cellule solaire ». Les fermes solaires peuvent être constituées de milliers de modules, ce qui représente une grande quantité d’électricité, et c’est une grande avancée. »
Il reste encore du travail à faire pour transformer ces découvertes en une cellule solaire disponible dans le commerce, mais les scientifiques affirment qu’ils ont abordé deux questions importantes dans le développement des cellules solaires tandem, à savoir la transparence et la conductivité de l’électrode supérieure.
« Les cellules solaires transparentes pourraient un jour trouver leur place sur les fenêtres des maisons et des immeubles de bureaux, produisant de l’électricité à partir de la lumière du soleil qui serait autrement gaspillée », explique Kai Wang, professeur assistant de recherche en science et ingénierie des matériaux à Penn State et co-auteur de l’étude. « C’est un grand pas en avant – nous avons enfin réussi à fabriquer des cellules solaires semi-transparentes efficaces ».
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521001920?via%3Dihub
