Une nouvelle électrode transparente a été développée qui améliore l’efficacité des cellules solaires

Le développement de nouvelles électrodes métalliques ultrafines a permis aux chercheurs de créer des cellules solaires à pérovskite semi-transparentes hautement efficaces qui peuvent être combinées avec des cellules de silicium conventionnelles pour augmenter considérablement les performances des deux appareils, a déclaré une équipe internationale de scientifiques. La recherche représente une étape vers le développement de cellules solaires complètement transparentes.

« Les cellules solaires transparentes pourraient un jour trouver une place sur les fenêtres des maisons et des immeubles de bureaux, pour générer de l’électricité à partir de la lumière du soleil qui serait autrement perdue », a déclaré Kai Wang, professeur agrégé de recherche en science et ingénierie des matériaux à Penn State et co-auteur de l’étude. « C’est un grand pas – nous avons enfin réussi à fabriquer des cellules solaires efficaces et semi-transparentes. »

Les cellules solaires conventionnelles sont faites de silicium, mais les scientifiques pensent qu’ils approchent les frontières de la technologie en marche pour créer des cellules solaires toujours plus efficaces. Les scientifiques ont déclaré que les cellules pérovskites offrent une alternative prometteuse et que les empiler sur des cellules conventionnelles pourrait créer des dispositifs en tandem plus efficaces.

« Nous avons montré que nous pouvons fabriquer des électrodes à partir de très fines couches atomiques d’or », a déclaré Shashank Priya, vice-président associé pour la recherche et professeur de science et d’ingénierie des matériaux à Penn State. « La fine couche d’or a une conductivité électrique élevée et en même temps n’interfère pas avec la capacité de la cellule à absorber la lumière du soleil. »

La cellule solaire pérovskite développée par l’équipe a atteint un rendement de 19,8 %, un record pour une cellule semi-transparente. Lorsqu’il est combiné à une cellule solaire au silicium conventionnelle, le dispositif tandem a atteint un rendement de 28,3 %, contre 23,3 % pour la seule cellule au silicium. Les scientifiques ont rapporté leurs découvertes dans la revue Nano Energy.

« L’amélioration de l’efficacité de 5% est un géant », a déclaré Priya. Cela signifie que vous convertissez environ 50 watts de lumière solaire par mètre carré de matériau de cellule solaire. Les fermes solaires peuvent être composées de milliers d’unités, ce qui représente beaucoup d’électricité, et c’est une énorme réussite. »

Dans des recherches antérieures, le film d’or ultra-mince s’est révélé prometteur en tant qu’électrode transparente dans les cellules solaires à pérovskite, ont déclaré les scientifiques, mais des problèmes de formation d’une couche uniforme ont entraîné une mauvaise conduction.

L’équipe a découvert que le chrome utilisé comme couche de germe permettait à l’or de se former sur le dessus en une couche extrêmement mince avec de bonnes propriétés conductrices.

« Habituellement, si vous faites pousser une fine couche de quelque chose comme l’or, les nanoparticules se colleront les unes aux autres et s’aggloméreront comme de petites îles », a déclaré Dong Yang, professeur agrégé de recherche en science et ingénierie des matériaux à Penn State. « Le chrome a beaucoup d’énergie de surface qui fournit un bon endroit pour que l’or se développe dessus, et il permet vraiment à l’or de former un film mince continu. »

Les cellules solaires à pérovskite se composent de cinq couches et d’autres matériaux testés car les électrodes transparentes endommagent ou dégradent les couches cellulaires. Les scientifiques ont déclaré que les cellules solaires constituées d’électrodes en or sont stables et conservent une efficacité élevée au fil du temps lors des tests de laboratoire.

« Cette percée dans la conception d’une architecture de cellules en tandem basée sur une électrode transparente offre une voie efficace vers la transition vers les cellules pérovskites et les cellules solaires en tandem », a déclaré Yang.

Référence : « cellule solaire en pérovskite/tandem à efficacité de 28,3 % par électrode transparente idéale pour une cellule aérienne semi-transparente à haute efficacité » Par Dong Yang, Xiaorong Zhang, Yuchen Hou, Kai Wang, Tao Ye, Jungjin Yoon, Congcong Wu, Mohan Sanghadasa, Shengzhong (Frank) Leo et Shashank Priya, 27 février 2021, disponible ici. nano-énergie.
DOI : 10.1016 / j.nanoen.2021.105934

Penn State Tao Yi et Jung Jin Yun, chercheurs postdoctoraux, ont également contribué à cet article. et Yushin Ho, doctorant.

Xiaorong Zhang, Université normale du Shaanxi, Chine ; Shengzhong Liu, Académie chinoise des sciences ; Kongkong Wu, Université du Hubei, Chine ; Mohan Sangadasa, le Commandement du développement des capacités de combat de l’armée américaine, a également contribué à la recherche.

Le Bureau de la recherche navale, le Fonds d’innovation rapide de l’Armée de terre et le Bureau de la recherche scientifique de l’Armée de l’air ont financé cette recherche.