Briser les records: les scientifiques coréens atteignent une efficacité de 21,68% dans les cellules solaires transparentes

L'Institut coréen de recherche sur l'énergie a considérablement avancé la technologie des cellules solaires à pérovskite semi-transparente, atteignant un rendement de pointe de 21,68 % et démontrant une durabilité exceptionnelle. Cette avancée, visant à améliorer l'application des cellules solaires dans les configurations de fenêtres et en tandem, répond aux défis clés pour atteindre la neutralité carbone d'ici 2050. Grâce à des recherches innovantes, l'équipe a amélioré la stabilité et l'efficacité de ces cellules, apportant ainsi une contribution substantielle au domaine de l'énergie solaire. énergie. Crédit : Institut coréen de recherche énergétique

Le département de recherche photovoltaïque de l’Institut coréen de recherche énergétique, en collaboration avec le KIER Energy AI and Computational Science Lab, a réalisé des progrès dans l’amélioration de la durabilité et des performances des cellules solaires à pérovskite semi-transparentes. Ces cellules sont prometteuses pour des applications dans les fenêtres des bâtiments et dans le développement de cellules solaires tandem.

Les cellules solaires semi-transparentes ont atteint un rendement record de 21,68 %, ce qui en fait les plus efficaces parmi les cellules solaires à pérovskite utilisant des électrodes transparentes au monde. De plus, ils ont fait preuve d’une durabilité remarquable, avec plus de 99 % de leur efficacité initiale maintenue après 240 heures de fonctionnement.

Afin d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050, la clé réside dans l’atteinte d’une « efficacité ultra élevée » et d’une « diversification des domaines d’application » de la technologie des cellules solaires de nouvelle génération, en surmontant les contraintes liées aux espaces d’installation et à la superficie du territoire national. Cela nécessite des technologies efficaces et multifonctionnelles telles que les cellules solaires tandem et les cellules solaires pour fenêtres. Des cellules solaires à pérovskite semi-transparentes hautement efficaces et stables sont nécessaires dans les deux technologies.

Pour la fabrication des cellules solaires à pérovskite semi-transparentes, il est nécessaire de remplacer les électrodes métalliques des cellules solaires opaques classiques par des électrodes transparentes qui laissent passer la lumière. Au cours de ce processus, des particules à haute énergie sont générées, entraînant une dégradation des performances de la couche de transport de trous.

Cellule solaire pérovskite, cellule solaire pérovskite semi-transparente, cellule solaire tandem pérovskite-si en partant de la gauche. Crédit : Institut coréen de recherche énergétique

Pour éviter cela, il est courant de déposer une couche d'oxyde métallique qui joue le rôle de tampon entre la couche de transport de trous et la couche d'électrode transparente. Cependant, par rapport aux cellules solaires opaques produites dans les mêmes conditions, les propriétés de transport de charge et la stabilité des dispositifs semi-transparents sont réduites, et les causes exactes ni les solutions n'ont pas été clarifiées.

Les chercheurs ont utilisé l’analyse électro-optique et la science informatique au niveau atomique pour identifier les causes de la réduction des propriétés de transport de charge et de la stabilité qui se produisent lors de la fabrication de cellules solaires à pérovskite semi-transparentes. Grâce à cela, ils ont découvert que les ions lithium (Li), ajoutés pour augmenter la conductivité électrique de la couche de transport de trous, se diffusent dans la couche d'oxyde métallique qui sert de tampon, modifiant finalement la structure électronique de la couche tampon d'oxyde métallique en une structure qui se dégrade. ses caractéristiques.

De plus, au-delà de l’identification de la cause, les chercheurs ont résolu le problème en optimisant le temps d’oxydation de la couche de transport des trous. Ils ont découvert que la conversion des ions lithium en oxyde de lithium stable (LixOy) grâce à une oxydation optimisée atténue la diffusion des ions lithium, améliorant ainsi la stabilité du dispositif. Cette découverte révèle que l’oxyde de lithium, auparavant considéré comme un simple sous-produit de réaction, peut jouer un rôle crucial dans l’amélioration de l’efficacité et de la stabilité.

Ahn SeJin, Ahn Seung-kyu, Yim Kanghoon à gauche et Naqvi Syed Dildar Haider dans le cercle. Crédit : Institut coréen de recherche énergétique

Le processus développé a abouti à des cellules solaires à pérovskite semi-transparentes avec une efficacité impressionnante de 21,68 %, la plus élevée parmi toutes les cellules solaires à pérovskite à électrodes transparentes. De plus, cette recherche a démontré une rétention impressionnante de plus de 99 % de son efficacité initiale pendant 400 heures dans un stockage sombre et pendant plus de 240 heures dans des conditions opérationnelles d'éclairage continu, démontrant son efficacité et sa stabilité exceptionnelles.

L’équipe de recherche est allée plus loin et a appliqué les cellules solaires développées comme cellule supérieure des cellules solaires tandem, créant ainsi les premières cellules solaires tandem bifaces du pays qui utilisent la lumière réfléchie par l’arrière ainsi que celle incidente par la surface avant. En collaboration avec Jusung Engineering Co., Ltd. et le centre de recherche allemand de Jülich, les cellules solaires tandem bifaciales ont atteint des rendements équivalents bifaciaux élevés de 31,5 % pour les configurations à quatre bornes et de 26,4 % pour les configurations à deux bornes dans des conditions où la lumière réfléchie par le l'arrière représentait 20 % de la lumière solaire standard.