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Défier la norme : un nouveau modèle de cellule solaire dépasse une équation vieille de 80 ans

SciTechDaily

Un nouveau modèle des universités de Swansea et d'Åbo Akademi améliore l'efficacité des cellules solaires à couches minces. Il s'attaque aux limites de l'équation traditionnelle de la diode Shockley, en optimisant la collecte d'électricité et en minimisant les pertes par recombinaison.

Des chercheurs ont développé un nouveau modèle analytique qui améliore la compréhension et l'efficacité des dispositifs photovoltaïques (PV) à couches minces, remettant en question l'équation de longue date de la diode Shockley. Leurs résultats illustrent comment ces cellules solaires flexibles et peu coûteuses peuvent atteindre une efficacité plus élevée en équilibrant la collecte d'électricité et en minimisant les pertes par recombinaison de charge.

Des physiciens de l'Université de Swansea et de l'Université d'Åbo ont réalisé une avancée majeure dans la technologie des cellules solaires en créant un nouveau modèle analytique. Ce modèle améliore la compréhension et l'efficacité des dispositifs photovoltaïques (PV) à couches minces.

Depuis près de huit décennies, l'équation dite de la diode Shockley explique comment le courant circule dans les cellules solaires, c'est-à-dire le courant électrique qui alimente votre maison ou charge la batterie. Cependant, la nouvelle étude remet en question cette compréhension traditionnelle d'une classe spécifique de cellules solaires de nouvelle génération, à savoir les cellules solaires à couche mince.

Ces cellules solaires à couche mince, fabriquées à partir de matériaux flexibles et peu coûteux, avaient une efficacité limitée en raison de facteurs que les modèles analytiques existants ne pouvaient pas entièrement expliquer.

Cette nouvelle étude met en lumière la manière dont ces cellules solaires atteignent une efficacité optimale. Elle révèle un équilibre critique entre la récupération de l'électricité générée par la lumière et la minimisation des pertes dues à la recombinaison, où les charges électriques s'annulent.

« Nos résultats fournissent des informations clés sur les mécanismes qui stimulent et limitent la collecte de charge et, en fin de compte, l'efficacité de conversion d'énergie, dans les dispositifs photovoltaïques à faible mobilité », a déclaré l'auteur principal, le Dr Oskar Sandberg de l'Université Åbo Akademi, en Finlande.

Un nouveau modèle qui capture la pièce manquante

Les modèles analytiques précédents pour ces cellules solaires présentaient un point aveugle : les « porteurs injectés » – des charges pénétrant dans l’appareil par les contacts. Ces porteurs ont un impact significatif sur la recombinaison et limitent l’efficacité.

« Les modèles traditionnels ne parvenaient tout simplement pas à saisir l'ensemble de la situation, en particulier pour ces cellules à couche mince à faible mobilité. semi-conducteurs« Nous avons besoin d’une nouvelle équation de diode pour prendre en compte ces porteurs injectés cruciaux et leur recombinaison avec ceux photogénérés », explique le chercheur principal, le professeur associé Ardalan Armin de l’université de Swansea. « Notre nouvelle étude comble cette lacune en introduisant une nouvelle équation de diode spécialement conçue pour prendre en compte ces porteurs injectés cruciaux et leur recombinaison avec ceux photogénérés. »

« La recombinaison entre les charges injectées et celles photogénérées ne constitue pas un problème majeur dans les cellules solaires traditionnelles telles que les cellules photovoltaïques au silicium, qui sont des centaines de fois plus épaisses que les cellules photovoltaïques à couche mince de nouvelle génération, telles que les cellules solaires organiques », a ajouté le Dr Sandberg.

Le professeur associé Armin a déclaré : « Wolfgang Pauli, l'un des physiciens théoriciens les plus brillants de tous les temps, a dit un jour : « Dieu a créé la masse ; la surface est l'œuvre du diable ». Les cellules solaires à couches minces ont des régions d'interface beaucoup plus grandes par masse que le silicium traditionnel ; il n'est donc pas étonnant qu'elles soient affectées plus radicalement par « l'œuvre du diable », c'est-à-dire la recombinaison de précieuses charges photogénérées avec celles injectées près de l'interface ! »

Impact sur le développement futur des cellules solaires

Ce nouveau modèle offre un nouveau cadre pour la conception de cellules solaires minces et de photodétecteurs plus efficaces, l'optimisation des dispositifs existants et l'analyse des propriétés des matériaux. Il peut également aider à la formation des machines utilisées pour l'optimisation des dispositifs, marquant ainsi une avancée significative dans le développement de cellules solaires à couches minces de nouvelle génération.

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