Il n’y a pas de moyen moins cher de produire de l’électricité aujourd’hui que le soleil. Des centrales sont actuellement construites dans des endroits ensoleillés qui fourniront de l’électricité solaire pour moins de deux cents par kilowattheure. Les cellules solaires disponibles sur le marché à base de silicium cristallin rendent cela possible avec des rendements allant jusqu’à 23 %. Elles détiennent donc une part de marché mondiale d’environ 95 %. Avec des rendements encore plus élevés, supérieurs à 26 %, les coûts pourraient encore baisser.
Un groupe de travail international dirigé par des chercheurs en photovoltaïque du Forschungszentrum Jülich prévoit maintenant d’atteindre cet objectif avec un matériau transparent nanostructuré pour la face avant des cellules solaires et un design sophistiqué. Les scientifiques rendent compte du succès de leurs nombreuses années de recherche dans la célèbre revue scientifique “Nature Energy”.
Les cellules solaires en silicium n’ont cessé d’être améliorées au cours des dernières décennies et ont déjà atteint un niveau de développement très élevé. Cependant, l’effet perturbateur de la recombinaison se produit toujours après l’absorption de la lumière solaire et la génération photovoltaïque de porteurs de charge électrique. Dans ce processus, les porteurs de charge négatifs et positifs déjà générés se combinent et s’annulent avant de pouvoir être utilisés pour le flux d’électricité solaire. Cet effet peut être contré par des matériaux spéciaux qui possèdent une propriété particulière : la passivation..
“Nos couches nanostructurées offrent précisément cette passivation souhaitée“, explique Malte Köhler, ancien doctorant et premier auteur de l’Institut de recherche sur l’énergie et le climat de Jülich (IEK-5), qui a depuis obtenu son doctorat. En outre, les couches ultra-minces sont transparentes – l’incidence de la lumière est donc à peine réduite – et présentent une conductivité électrique élevée.
Plusieurs étapes du processus ont été nécessaires pour produire les couches de la cellule solaire TPC. Sur une fine couche de dioxyde de silicium, les chercheurs ont déposé une double couche de minuscules nanocristaux de carbure de silicium en forme de pyramide – appliquée à deux températures différentes. Enfin, une couche transparente d’oxyde d’indium et d’étain a suivi. Ding et ses collègues ont utilisé des procédés chimiques humides, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et un procédé de pulvérisation.