Des chercheurs atteignent 33,1 % d'efficacité avec des cellules tandem pérovskite sur silicium texturé passivé

Une équipe internationale de chercheurs en photovoltaïque de l’Université des sciences et technologies du Roi Abdullah (KAUST), de l’Université de Fribourg et de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires ISE a franchi une étape clé vers l’industrialisation des cellules solaires tandem pérovskite-silicium. Le groupe a démontré que la couche supérieure de pérovskite peut être efficacement passivée même lorsqu’elle est combinée à des cellules inférieures en silicium texturé — qui présentent des surfaces pyramidales et représentent la norme industrielle.

Contrairement à la passivation dans le silicium, qui n’influence que les couches supérieures, le traitement appliqué à la pérovskite améliore l’ensemble de la couche active, conduisant à des gains d’efficacité supplémentaires. Les cellules tandem passivées ont atteint un rendement de 33,1 % et une tension en circuit ouvert de 2,01 V.

Les cellules tandem combinent une couche supérieure en pérovskite avec une couche inférieure en silicium. Cette technologie offre des avancées notables en photovoltaïque, car les cellules en silicium traditionnelles plafonnent à environ 29,4 % d’efficacité — proche de leur limite physique actuelle.

Pour la production à grande échelle, il est avantageux d’utiliser des cellules en silicium texturé standard comme couche inférieure, étant donné leurs procédés de fabrication bien établis. Ces cellules ont une structure texturée qui augmente la surface et améliore l’efficacité, mais complique le dépôt de la couche de pérovskite. Jusqu’à présent, une passivation de haute qualité n’avait pas été réalisée sur des surfaces de silicium pyramidales.

Le groupe a également noté que la passivation améliore la conductivité et le facteur de remplissage. Cette amélioration découle d’un effet de champ profond qui influence toute la couche de pérovskite — contrairement au silicium, où seules les couches de surface en bénéficient.

Le Dr Oussama Er-Raji, auteur principal de l’étude et chercheur à Fraunhofer ISE, a déclaré qu’une passivation efficace sur des cellules tandem entièrement texturées n’avait pas été réalisée auparavant, les progrès antérieurs étant limités aux surfaces planes. L’équipe a obtenu une passivation de haute qualité en déposant du 1,3-diaminopropane-dihydroiodure sur la surface irrégulière de pérovskite.

Le professeur Stefaan De Wolf de KAUST a mentionné que cette découverte fournit une base solide pour les recherches futures et améliore la compréhension des processus de conversion de la lumière dans la couche supérieure, soutenant le développement de cellules tandem améliorées.

Le professeur Stefan Glunz de l’Université de Fribourg et responsable du photovoltaïque à Fraunhofer ISE a ajouté que la passivation de surface n’est pas seulement complémentaire mais essentielle pour améliorer l’efficacité et la stabilité des cellules. Il a noté que la passivation a été essentielle pour les hautes performances dans la production industrielle de cellules en silicium, et l'industrie photovoltaïque est susceptible de bénéficier d'avantages similaires avec les cellules tandem pérovskite-silicium.

Les résultats sont basés sur des travaux menés dans le cadre du projet phare de Fraunhofer « MaNiTU » ainsi que des projets « PrEsto » et « Perle », financés par le ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie.