Cellule solaire kestérite sans cadmium avec un rendement de 9,7 %

Cellule solaire kestérite sans cadmium avec un rendement de 9,7 %

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Des chercheurs chinois ont développé une cellule solaire en késterite qui, selon eux, améliore l'efficacité et la stabilité. Le dispositif a pu conserver environ 90 % de son efficacité initiale après 100 jours sans encapsulation.

Des scientifiques de l'Institut des sciences et technologies de Barcelone en Espagne ont développé une cellule solaire à super-réseau de kestérite sans cadmium avec une nouvelle approche de purification de l'argent (Ag).

"La kesterite est une photovoltaïque « Un matériau composé d'éléments non toxiques, abondants sur Terre », a déclaré Gerasimos Konstantatos, auteur de l'étude. « Cependant, un obstacle technologique doit être surmonté : la pénurie de matériaux, l'interface instable et la couche tampon toxique en sulfure de cadmium (CdS). Dans nos travaux, nous avons utilisé une couche tampon ultra-fine de 200 nm sans cadmium en oxyde de titane (TiO₂), des empilements de composants inversés et, surtout, un affinage à l'argent. Cette étape d'affinage est bénéfique pour la croissance contrôlée des grains et l'amélioration du transport véhiculaire. »

Les chercheurs ont fabriqué la cellule solaire à partir d'un substrat de késterite appelé CAZTS, d'un film d'oxyde d'étain (FTO), d'une couche de transport d'électrons (ETL) à base d'oxyde de titane (TiO2) et d'un film de polymère PTB7, de trioxyde de molybdène (MoO3) et d'or (Au). « L'affinage de l'argent dans l'absorbeur a été réalisé lors de la fabrication de la membrane, où une couche supplémentaire de solution sans cuivre a été appliquée », ont-ils expliqué.

L'équipe de recherche a testé la cellule dans des conditions d'éclairage typiques et a constaté un rendement de conversion d'énergie de 9,7 %, un nouveau record pour ce type de dispositif. La cellule solaire a également pu maintenir un rendement d'environ 90 % après 100 jours sans encapsulation. Les chercheurs ont expliqué que le raffinage de l'argent avait permis de doubler la taille moyenne des grains, d'élargir la zone appauvrie et d'améliorer la cinétique de transport, ce qui a permis d'augmenter la tension à vide et le facteur de remplissage de la cellule.

"La société estonienne Crystalsol Inc. a récemment fabriqué des panneaux solaires« », a déclaré Konstantatos. « D'après son rapport, le coût de production d'une unité de késtérite est d'environ 0,35 $/W. La késtérite étant composée exclusivement d'éléments abondants sur Terre, sa capacité à atteindre des térawatts est fondamentalement illimitée, contrairement à la rareté de l'indium et du gallium dans les cellules solaires à couches minces en cuivre, indium, gallium et sélénium (CIGS). De plus, le rendement actuel de l'unité de késtérite étant d'environ 10 %, contre environ 20 % pour le CIGS, des réductions de coûts supplémentaires peuvent être réalisées grâce à une meilleure efficacité et à une production de masse. »

Ils ont présenté le dispositif dans l'article « Kestérite raffinée à l'argent dans une configuration de cellule solaire superstrat avec un rendement de conversion de puissance de 9,7 % », publié dans Advanced Functional Materials. « Dans cette étude, nous avons utilisé de l'argent, un élément relativement coûteux, mais avec un absorbeur ultra-fin environ dix fois plus fin qu'un film de kestérite classique. Le coût du matériau est donc resté inchangé, ce qui préserve l'avantage économique de la kestérite vierge. »