Des chercheurs de l’Université de Nanjing ont récemment réalisé une avancée majeure dans le domaine de l’énergie renouvelable en créant un module solaire en kesterite de 10,48 cm². Ce prototype affiche un rendement de 10,1%, certifié par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) des États-Unis. Cette innovation marque une étape importante pour les cellules solaires à base de kesterite, qui présentent un potentiel important pour une fabrication à faible coût.
La composition du module en kesterite
Le module solaire élaboré repose sur l’utilisation de cellules solaires à base de kesterite (CZTSSe) dont l’efficacité est de 13,4%. Ces cellules sont constituées d’éléments communs tels que cuivre, étain, zinc, et sélénium. Contrairement à d’autres technologies, les matériaux de kesterite ne risquent pas de connaître des pénuries d’approvisionnement à l’avenir, ce qui rend leur utilisation attractive pour la production industrielle de cellules solaires.
Un autre aspect fondamental du module est sa structure micrométrique. Le processus de fabrication utilise des techniques de dépôt de précursseurs ainsi qu’une cristallisation à haute température, qui sont essentiels pour obtenir un rendement élevé. Cependant, l’homogénéité des composants et des propriétés électroniques pose traditionnellement problème, rendant difficile l’optimisation des performances.
Les défis du rendement et de l’uniformité
Au cours des phases initiales de développement, l’équipe de recherche a rencontré un obstacle majeur : le module a montré une perte de conversion énergétique significative, atteignant jusqu’à 56,81% entre les cellules et le module. Cette difficulté est résultée de l’apparition d’une couche cristalline dense qui agit comme une barrière pour le sélénium, essentiel à la formation d’une structure de film uniforme. Cette inhomogénéité limite la croissance des grains et contribue à la faible performance globale du module.
Pour contourner ce problème, les chercheurs ont modifié la microstructure du film précurseur afin de réguler sa porosité. En augmentant la teneur en thiourea dans la solution précurseur, ils ont réussi à obtenir un film plus poreux. Cette technique favorise la formation d’une couche cristalline moins dense, ce qui facilite la pénétration du sélénium dans l’intérieur du film et permet une meilleure croissance latérale des grains.
Les résultats et leur impact sur l’industrie solaire
Grâce à ces innovations, le rendement moyen des cellules solaires a atteint 13,4%, une amélioration significative. En optimisant la structure du module pour réduire les contacts non idéaux et les fuites dues à la résistance série, l’équipe a réussi à certifier un rendement final de 10,1%. Cela constitue une performance remarquable pour les modules solaires en kesterite, ouvrant ainsi la voie à une adoption plus large de cette technologie à l’échelle industrielle.
Ces nouveaux modules offrent également de faibles pertes de conversion entre la cellule et le module, notamment un taux de perte en tension de circuit ouvert (0,93%) et un faible courant de court-circuit (7,03%). Ces performances extrêmement faibles en matière de perte positionnent le module en kesterite comme une option très compétitive sur le marché des énergies renouvelables.
Les perspectives d’avenir pour les cellules en kesterite
Ces recherches sur les modules solaires en kesterite apportent des réflexions essentielles sur l’avenir des technologies solaires. L’optimisation des cellules solaires à base de kesterite pourrait non seulement contribuer à diminuer les coûts de fabrication, mais également à améliorer l’accessibilité aux énergies renouvelables dans les régions en développement. Lever les défis techniques est crucial pour réaliser ce potentiel.
Les résultats de cette étude, portant sur un module solaire solutionné, illuminent une voie claire pour l’industrialisation de cellules solaires à couche mince de haute performance. Cela laisse entrevoir une adoption accrue de ces technologies respectueuses de l’environnement dans les ans à venir, ouvrant la voie à des perspectives d’énergie durable et quasi-inépuisable.
