Des avancées importantes ont été réalisées dans le développement de la technologie photovoltaïque à couches minces de nouvelle génération. L'équipe du chercheur Meng Qingbo de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences a réussi à fabriquer de grands modules photovoltaïques à couches minces en cuivre-zinc-étain-soufre-sélénium, avec un rendement de conversion photoélectrique de 13,0 %, battant ainsi le record mondial d'efficacité pour ce type de modules et jetant des bases solides pour l'industrialisation des cellules solaires de nouvelle génération, à faible coût et respectueuses de l'environnement. Les résultats de ces recherches ont été publiés en ligne dans la revue académique internationale Nature Materials.
Le cuivre-zinc-étain-soufre-sélénium est un nouveau matériau photovoltaïque à couches minces, composé d'éléments abondants dans la croûte terrestre, peu coûteux et respectueux de l'environnement, tels que le cuivre, le zinc et l'étain. Il est considéré comme une direction importante pour les cellules solaires durables de nouvelle génération. Ces dernières années, l'équipe de Meng Qingbo a battu à dix reprises le record mondial d'efficacité de ce type de cellules. Cependant, pour faire passer cette « star de laboratoire » à une application pratique, un défi clé se pose : dès que la taille du dispositif augmente, l'uniformité du film mince chute brutalement, et le rendement diminue également.
« Le problème vient du processus en solution », explique Meng Qingbo. Dans les méthodes traditionnelles, les ions métalliques et les molécules organiques forment un réseau de réticulation complexe, ce qui entraîne une évaporation du solvant, une distribution des éléments et un processus de cristallisation non uniformes, un peu comme lorsque l'on pétrit une pâte avec trop de grumeaux, la « peau » du film mince étalé est d'épaisseur inégale. Pour y remédier, ils sont partis de l'échelle moléculaire, en introduisant le formamide comme « coordinateur », afin de réguler avec précision la structure de coordination entre les ions métalliques et les molécules organiques, brisant ainsi cette « pagaille » de réticulation.
Sur la base de cette stratégie de régulation de la coordination moléculaire, l'équipe a développé un procédé d'enduction en solution adapté à la production continue sur de grandes surfaces, permettant d'obtenir un film mince de cuivre-zinc-étain-soufre-sélénium hautement uniforme sur un substrat de 10 cm². Avec ce film, une cellule de petite surface de 1 cm² a atteint un rendement certifié de 14,2 % ; tandis qu'un module composé de 6 sous-cellules connectées en série par gravure au laser, d'une surface totale de 10,5 cm², a conservé un rendement certifié de 13,0 %.
« Cela démontre pleinement que la technologie des films minces en cuivre-zinc-étain-soufre-sélénium fonctionne non seulement bien à petite échelle en laboratoire, mais possède également un potentiel de production à grande échelle et d'industrialisation », déclare Meng Qingbo. Cette recherche offre une nouvelle approche pour la fabrication à grande échelle de modules photovoltaïques à couches minces, à faible coût et respectueux de l'environnement.