Tout monolithique bifacial

Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS

image : Illustration schématique (à gauche) et image en microscopie électronique à balayage en coupe (à droite) de tandems monolithiques bifaciaux entièrement pérovskites.Voir plus

Crédit : Hongjiang Li, Yurui Wang, Han Gao, Mei Zhang, Renxing Lin, Pu Wu, Ke Xiao et Hairen Tan

Les cellules solaires à pérovskite aux halogénures métalliques ont attiré énormément d'attention alors que leurs rendements de conversion de puissance (PCE) augmentent rapidement de moins de 4% à plus de 25%. Améliorer encore les performances avec de faibles coûts supplémentaires est crucial pour commercialiser les cellules solaires en pérovskite. L'une des voies les plus prometteuses consiste à adopter la configuration en tandem pour surmonter la limite Shockley-Queisser des cellules solaires à jonction unique.

En empilant deux absorbeurs avec une bande interdite complémentaire, les cellules solaires en tandem promettent des PCE plus élevés que leurs homologues à jonction unique. Les pérovskites sont hautement souhaitables pour les cellules solaires en tandem. Les cellules solaires tandem tout pérovskite sont très prometteuses en raison de leur faible coût, de leur puissance spécifique élevée et de leur flexibilité.

Dans un nouvel article publié dans eLight, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Hairen Tan de l'Université de Nanjing, a fait la démonstration des premières cellules solaires tandem bifaciales monolithiques entièrement pérovskites. Leur article, "Révéler le potentiel de puissance de sortie des cellules solaires tandem bifaciales monolithiques entièrement en pérovskite", a révélé que leur appareil avait un potentiel de puissance de sortie significativement plus élevé.

Les tandems monolithiques entièrement en pérovskite se sont considérablement améliorés pour atteindre la valeur récemment certifiée de 28,0 %. Malgré ces progrès, d'autres stratégies pour obtenir une densité de puissance de sortie (OPD) plus élevée sont toujours fortement souhaitées pour réduire le coût actualisé de l'énergie (LCOE). Une autre stratégie efficace pour augmenter l'OPD des cellules solaires à pérovskite consiste à tirer parti de la configuration bifaciale. Il permet un gain OPD significatif en utilisant la lumière atteignant l'arrière des appareils, à savoir l'albédo (la lumière réfléchie et diffusée de l'environnement).

En utilisant de l'oxyde conducteur transparent (TCO) comme électrodes arrière, des cellules solaires bifaciales en pérovskite peuvent être construites sur la base de la configuration monofaciale bien établie. Plus important encore, les cellules solaires bifaciales en pérovskite seraient plus stables que leurs homologues monofaciales. La simulation numérique montre que les cellules tandem bifaciales peuvent hériter des avantages de l'architecture tandem et de la conception bifaciale. Cela permettrait une efficacité thermodynamique supérieure au-delà des tandems monofaciaux et des cellules solaires bifaciales à jonction unique.

En présence d'albédo, la conception d'adaptation de courant optimisée dans les tandems mono-faciaux conduira à un décalage dans la configuration bifaciale. Le courant des sous-cellules inférieures sera augmenté avec l'albédo dans les tandems monolithiques bifaciaux. Par rapport aux tandems mono-faciaux, les électrodes transparentes arrière réduiront le courant dans les sous-cellules inférieures en permettant à la lumière de transmettre sans réflexion arrière. L'appariement actuel doit être repensé dans des configurations tandem bifaciales.

L'équipe de recherche a démontré la conception et la fabrication de cellules solaires tandem bifaciales entièrement en pérovskite en utilisant de l'oxyde conducteur transparent (TCO) comme électrode arrière. L'ingénierie de la bande interdite de la sous-cellule supérieure a été déployée pour obtenir une correspondance de courant sous divers éclairages arrière. L'effet de l'albédo sur les paramètres photovoltaïques et la réponse spectrale a été systématiquement étudié. Le calcul du rendement énergétique révèle une densité de puissance de sortie plus élevée en utilisant une architecture bifaciale dans des conditions réelles.

Les tandems monolithiques bifaciaux entièrement pérovskites ont été démontrés à l'aide d'électrodes arrière transparentes. Il permet de récolter la lumière impactant la face arrière des tandems. Les tandems bifaciaux ont montré une amélioration des performances plus remarquable que les tandems monofaciaux. Seule la bande interdite de la sous-cellule supérieure a été ajustée pour obtenir l'appariement actuel des tandems bifaciaux avec éclairage arrière, ce qui était valable pour un albédo inférieur à 40 %. Pour un albédo supérieur à 40%, la densité de courant des tandems est saturée. Les chercheurs ont proposé de réduire davantage la bande interdite des sous-cellules supérieures ou d'augmenter la bande interdite des sous-cellules inférieures.

L'utilisation de SnO2 déposé par ALD et d'oxyde de conduction transparent pulvérisé (ITO) comme contacts arrière peut éviter la corrosion des halogénures des électrodes arrière. La réduction de la teneur en bromure dans la cellule supérieure peut soulager la ségrégation des halogénures. Les tandems bifaciaux ont montré un gain de rendement énergétique substantiel dans des conditions réelles avec divers terrains présents dans différentes conditions climatiques. Comme les tandems bifaciaux tout en pérovskite visent à récolter la lumière à l'arrière pour stimuler l'OPD, ils devraient être applicables à l'échelle utilitaire.

Les chercheurs ont noté que leur tandem bifacial entièrement pérovskite fabriqué sur un substrat de verre à grille pouvait également être traité sur un substrat flexible pour un tandem bifacial flexible entièrement pérovskite. Les conditions climatiques et les sols impactent directement l'intensité et le spectre de l'albédo. Des tandems bifaciaux personnalisés avec une bande interdite différente de sous-cellules supérieures sont nécessaires pour diverses conditions climatiques et sols. La technique de suivi solaire attirera des tandems bifaciaux pour utiliser l'albédo. Ce travail révèle le potentiel des tandems bifaciaux entièrement pérovskites en tant que nouvelle architecture de dispositif pour une puissance de sortie plus élevée avec une stabilité améliorée.

eLight

10.1186/s43593-022-00028-w

Révéler le potentiel de puissance de sortie des cellules solaires tandem monolithiques bifaciales entièrement pérovskites

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