La nouvelle technologie Quantum Dot améliore l'efficacité des cellules solaires
Une équipe de recherche a mis au point une nouvelle méthode d'éclairage « en forme d'impulsion » pour améliorer la conductivité électrique des cellules solaires à points quantiques de PbS. Cette nouvelle technique, qui remplace le long processus traditionnel de traitement thermique, génère une énergie substantielle à intervalles réguliers, améliorant considérablement l'efficacité et corrigeant les défauts causés par l'exposition à la lumière, à la chaleur et à l'humidité. Les points quantiques de PbS, connus pour leur large gamme d'absorption et leurs faibles coûts de traitement, sont désormais plus viables pour une utilisation commerciale. On s'attend à ce que cette avancée facilite l'application plus large de la technologie des points quantiques dans les dispositifs optoélectroniques. Crédit : SciTechDaily.com
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Jongmin Choi du Département des sciences et de l'ingénierie de l'énergie à l'Institut de technologie de la science de Daegu Gyeongbuk a réussi à développer un « point quantique de PbS » capable d'améliorer rapidement la conductivité électrique des cellules solaires. Cet effort collaboratif a impliqué le professeur Changyong Lim du Département de génie chimique de l'énergie à l'Université nationale de Kyungpook, dirigé par le président Wonhwa Hong, et le professeur Jongchul Lim du Département de génie de l'énergie à l'Université nationale de Chungnam, sous la direction du président Jeongkyoum Kim.
L'équipe a identifié une méthode pour améliorer la conductivité électrique grâce à l'utilisation de lumière « en forme d'impulsion », qui génère une énergie substantielle de manière concentrée à intervalles réguliers. Cette méthode pourrait remplacer le processus de traitement thermique, qui nécessite une quantité significative de temps pour obtenir le même résultat. On s'attend à ce que cette approche facilite la production et la commercialisation des cellules solaires à points quantiques de PbS à l'avenir.
Les points quantiques de PbS sont des matériaux semi-conducteurs à l'échelle nanométrique qui font l'objet de recherches actives pour le développement de cellules solaires de nouvelle génération. Ils peuvent absorber une large gamme de longueurs d'onde de la lumière du soleil, y compris les ultraviolets, la lumière visible, le proche infrarouge et l'infrarouge à ondes courtes, et ont des coûts de traitement faibles en raison du traitement en solution et d'excellentes propriétés photoélectriques.
La fabrication des cellules solaires à points quantiques de PbS implique plusieurs étapes de processus. Jusqu'à récemment, le processus de traitement thermique était considéré comme une étape essentielle car il recouvre efficacement une couche de points quantiques sur un substrat et traite thermiquement le matériau pour augmenter davantage sa conductivité électrique. Cependant, lorsque les points quantiques de PbS sont exposés à la lumière, à la chaleur et à l'humidité, la formation de défauts à leur surface peut être accélérée, ce qui entraîne une recombinaison de charge et une détérioration des performances du dispositif. Ce phénomène rend difficile la commercialisation de ces matériaux.
Pour supprimer la formation de défauts à la surface des points quantiques de PbS, une équipe dirigée par le professeur Jongmin Choi a proposé un traitement thermique impliquant l'exposition des points à la lumière pendant une courte période de quelques millisecondes. Les techniques conventionnelles de traitement thermique des couches de points quantiques de PbS impliquent de les chauffer pendant des dizaines de minutes à des températures élevées à l'aide de plaques chauffantes, de fours, etc.
La « technique de traitement thermique de type impulsion » proposée par l'équipe de recherche surmonte les inconvénients de la méthode existante en utilisant une lumière forte pour terminer le processus de traitement thermique en quelques millisecondes. Cela entraîne la suppression des défauts de surface et l'extension de la durée de vie de déplacement des charges (électrons, trous) qui génèrent un courant électrique. En outre, elle atteint une haute efficacité.
« Grâce à cette recherche, nous avons pu améliorer l'efficacité des cellules solaires en développant un nouveau processus de traitement thermique qui peut surmonter les limites du processus de traitement thermique du point quantique existant », a déclaré le professeur Jongmin Choi du Département des sciences et de l'ingénierie de l'énergie à DGIST. « De plus, le développement d'un processus de point quantique avec un excellent effet d'entraînement est attendu pour faciliter l'application généralisée de cette technologie à une gamme de dispositifs optoélectroniques à l'avenir », a-t-il ajouté.
Référence : « Suppression des pièges induits thermiquement à la surface dans les solides à points quantiques colloïdaux via une lumière pulsée ultra-rapide » par Eon Ji Lee, Wonjong Lee, Tae Ho Yun, Hyung Ryul You, Hae Jeong Kim, Han Na Yu, Soo-Kwan Kim, Younghoon Kim, Hyungju Ahn, Jongchul Lim, Changyong Yim et Jongmin Choi, le 2 avril 2024, Small. DOI : 10.1002/smll.202400380
Cette recherche a été soutenue par le Projet allié créatif du Conseil national de la recherche scientifique et technologique de Corée, le Projet de laboratoire de recherche de base de la Fondation nationale de recherche de Corée, et le Centre de recherche d'innovation régionale de premier plan pour le système d'énergie intelligente sans carbone de l'Université nationale de Kyungpook. Les résultats ont été publiés en ligne dans la revue internationale « Small » (co-premier auteur : Eonji Lee, doctorant, Département des sciences et de l'ingénierie de l'énergie, DGIST, et Wonjong Lee, étudiant en master intégré, Département de l'ingénierie de l'énergie, Université nationale de Chungnam).