Résoudre les obstacles au développement de cellules solaires à bande interdite étroite traitées en solution avec moins ou pas de plomb – NBG_SolarCells

Le rayonnement solaire est une source d’énergie renouvelable prometteuse pour lutter contre la crise énergétique mondiale et le changement climatique. Pour les applications à grande échelle, les technologies photovoltaïques (PV) offrant un temps de retour sur investissement énergétique plus faible sont souhaitables. Néanmoins, il existe des défis persistants dans le développement de cellules solaires à bande interdite étroite (NBG) traitées en solution, capables de récolter des photons dans le proche infrarouge (NIR), un aspect critique limitant le développement de technologies photovoltaïques en tandem entièrement traitées en solution. Outre les problèmes de stabilité des matériaux, un obstacle important réside dans la longueur limitée de diffusion des porteurs de nombreux matériaux photovoltaïques traités en solution absorbant le NIR, qui limite l'épaisseur de l'absorbeur et la génération de photocourant. "NBG_SolarCells" se consacre au développement de cellules solaires absorbant le NIR traitées en solution en employant une combinaison de stratégies optiques et matérielles pour répondre aux objectifs suivants : (1) Développer des cellules solaires à bande interdite (Eg) étroite traitées en solution, capables d'absorber les photons dans le spectre NIR, avec des compositions réduites ou exemptes de plomb (Pb) ; Ici, deux systèmes photovoltaïques sont sélectionnés sur la base (a) de pérovskites Sn-Pb et (b) de points quantiques colloïdaux (QD) AgBiS2 ; (2) Parvenir à une compréhension fondamentale des obstacles matériels de ces deux systèmes photovoltaïques et proposer des approches d'atténuation pour réduire les canaux de perte de porteurs et prévenir l'oxydation ; (3) Débloquer leur plein potentiel en développant des approches innovantes de gestion de la lumière basées sur la nanophotonique et la plasmonique pour augmenter les performances des cellules solaires.
Pour atteindre ces objectifs, une équipe composée de trois laboratoires du CNRS possédant des compétences hautement complémentaires est formée. Dans le cadre de la recherche collaborative étroite de 48 mois proposée ici, par une approche holistique visant à améliorer à la fois les matériaux et les propriétés optiques, nous visons à obtenir des avancées majeures sur les performances photovoltaïques des deux systèmes de cellules solaires absorbant le proche infrarouge (NIR) mentionnés ci-dessus, avec des compositions à faible teneur en plomb ou sans plomb, en dépassant les limites actuelles de photocourant contraintes par leurs courtes longueurs de diffusion des porteurs. À la fin du projet, nous nous efforçons d'atteindre un rendement de conversion énergétique (PCE) supérieur à 23 % pour les cellules solaires à pérovskite Sn-Pb et supérieur à 10 % pour les cellules solaires à points quantiques AgBiS2, avec une stabilité prolongée en environnement ambiant et des perspectives d'application pour toutes les cellules solaires tandem traitées en solution en tant que sous-cellule à bande interdite étroite.