Argent, baryum, titane et sélénium utilisés dans le premier absorbeur de cellules solaires à couche mince

Schéma de la cellule solaire

Un projet novateur dirigé par l'Université autonome de Querétaro au Mexique a innové dans la recherche sur l'énergie solaire. Pour la première fois, ils ont exploré la création de cellules solaires à couches minces à l'aide d'un absorbeur unique composé d'argent, de baryum, de titane et de sélénium (Ag2BaTiSe4).

La recherche s'est concentrée sur l'examen de divers aspects de l'absorbeur, comme l'affinité électronique, les défauts de surface et la résistance indésirable. Leur objectif était de comprendre comment ces éléments affectent l'efficacité de la cellule solaire. Pour trouver des options plus respectueuses de l'environnement que le sulfure de cadmium (CdS) couramment utilisé, l'équipe a expérimenté différentes couches tampons.

À l'aide du logiciel SCAPS-1D de l'Université de Gand, les chercheurs ont simulé cette conception innovante de cellule solaire. La conception comprenait des couches de diséléniure de molybdène (MoSe2) et Ag2BaTiSe4 sur un substrat en verre, recouvert de divers matériaux tampons et fini avec des films conducteurs et un contact métallique.

Dans leur recherche de tampons alternatifs, ils ont envisagé le CdS et de nouveaux composés comme le magnésium, le calcium, le strontium et le sulfure de baryum. L'équipe a méticuleusement évalué des facteurs tels que l'épaisseur de la couche et la concentration des porteurs.

Ils ont introduit des défauts neutres à des jonctions cruciales dans leur modèle pour imiter les conditions réelles et ont étudié comment ceux-ci affectaient les performances de la cellule. La spectroscopie d'impédance a été utilisée pour analyser l'accumulation de charges à l'interface cellulaire.

Leurs découvertes étaient prometteuses. Avec une concentration optimale de porteurs pour MoSe2 et une épaisseur d'absorbeur spécifique, ils ont atteint des rendements allant jusqu'à 18,84 % avec une couche de sulfure de magnésium et encore plus avec d'autres matériaux. L'ajustement des paramètres MoSe2 et des propriétés de l'interface pourrait potentiellement augmenter l'efficacité jusqu'à environ 30 %.

La recherche a mis en évidence le rôle important des défauts d'interface, souvent causés par des incohérences structurelles et la diffusion du métal lors de la fabrication. Ils ont suggéré des techniques de dépôt de couches, de gravure, de traitements thermiques et de couches de passivation pour minimiser ces défauts.

Publiée dans la revue Scientific Reports, leur étude, intitulée "Cellules solaires Ag2BaTiSe4 émergentes hautement efficaces utilisant une nouvelle classe de tampons de chalcogénure à base de métaux alcalino-terreux, alternative au CdS", ouvre de nouvelles directions passionnantes dans la recherche photovoltaïque. En utilisant Ag2BaTiSe4 comme absorbeur et en explorant des alternatives tampons non toxiques, cette recherche ouvre la porte à la création de cellules solaires à couches minces hautement efficaces et respectueuses de l'environnement.