Cellules solaires semi-transparentes en pérovskite pour des dispositifs tandem de grande surface à 4 terminaux à base de silicium
Auteur / Autrice : | Émilie Raoult |
Direction : | Stéphane Collin, Romain Bodeux |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies |
Date : | Soutenance le 18/05/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....) |
référent : Faculté des sciences d'Orsay | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Emmanuelle Deleporte |
Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Collin, Gilles Lérondel, Émilie Planès, Peter Reiss, Jacky Even | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Lérondel, Émilie Planès |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Le marché actuel du photovoltaïque est dominé par les cellules solaires à base de silicium, dont les performances de laboratoire se rapprochent de plus en plus de la limite théorique. Pour dépasser cette limite, l'approche la plus prometteuse est l'utilisation d'une architecture tandem associant une cellule solaire à grand gap à une cellule en silicium. L'objectif de la thèse est de fabriquer une cellule pérovskite semi-transparente à haut rendement, stable et de grande taille pour la réalisation d'une cellule tandem 4-terminaux à base de silicium. Les pertes optiques liées à l'absorption des matériaux et à la réflexion aux différentes interfaces ont été analysées en détail en couplant modélisation et caractérisation optique, afin de guider le développement de cellules semi-transparentes efficaces. Le travail a porté en particulier sur le remplacement du contact métallique arrière des cellules conventionnelles en pérovskite par une électrode transparente en ITO, IZO ou IO :H, et par l'introduction de contacts sélectif en PTAA et SnO₂. Les empilements et les procédés ont été optimisés pour minimiser les pertes optiques et électriques, et améliorer la stabilité des dispositifs. Les études expérimentales réalisées sur des cellules pérovskite de petite surface et des cellules silicium filtrées, ont montré une efficacité potentielle de près de 25%. Elles ont également permis de mieux comprendre l'évolution temporelle des propriétés électriques, marquées par barrière électrique temporaire observé les premiers jours après la synthèse, puis s'estompant. Par ailleurs, le développement d'un procédé d'encapsulation a permis de maintenir une cellule pérovskite semi-transparente à plus de 90% de son efficacité initiale pendant plus de 2 mois. Enfin, une augmentation de la taille des dispositifs jusqu'à 16 cm² a été réalisée par la mise en série de plusieurs cellules pour former un mini-module avec une efficacité de surface active de 14,2%, et un tandem pérovskite sur silicium de même surface de 20,8%.