fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche du Collège de police du Shandong (Shandong Police College) en Chine a développé une nouvelle méthode de traitement chimique doux visant à améliorer l'efficacité des cellules solaires en cuivre-zinc-étain-sélénium (CZTSe).

L'équipe de recherche indique que le mécanisme du traitement des cellules solaires CZTSe par les métaux alcalins reste encore à explorer en profondeur. Le traitement au sodium ou au potassium peut améliorer significativement les performances des cellules solaires à couches minces, en passivant la surface de la couche d'absorption, en réduisant les défauts aux joints de grains, en optimisant la qualité cristalline et en augmentant la concentration de porteurs, ce qui a un impact important sur les dispositifs cellulaires.

Cette méthode utilise une solution de fluorure de potassium (KF) pour traiter la couche d'absorption. L'équipe de recherche a préparé des cellules CZTSe sur des substrats en verre sodocalcique (SLG) recouverts d'une couche de contact arrière en molybdène (Mo). Les couches précurseurs de cuivre (Cu), de zinc (Zn) et d'étain (Sn) ont été déposées par pulvérisation magnétron, avec une composition ajustée pour être pauvre en cuivre et riche en zinc. Ensuite, les précurseurs ont été immergés dans une solution de KF à des concentrations de 0, 3, 6 ou 9 mmol/L pendant 20 minutes, puis séchés à 80 °C pendant 20 minutes.

Les échantillons ont ensuite été séléniés dans une atmosphère de sélénium à 550 °C pour former la couche d'absorption CZTSe. La fabrication des cellules a été achevée par le dépôt d'une couche tampon de sulfure de cadmium (CdS) de 50 nm d'épaisseur, ainsi que d'oxyde de zinc intrinsèque (i-ZnO), d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO) et d'électrodes de contact avant en nickel/aluminium (Ni/Al). La structure finale du dispositif est SLG/Mo/CZTSe/CdS/i-ZnO/AZO/Ni:Al.

Après la fabrication, l'équipe a caractérisé les dispositifs à l'aide de la microscopie électronique à balayage, de mesures courant-tension (J-V), de mesures d'efficacité quantique externe (EQE) et de mesures capacité-tension (C-V). Les résultats montrent que lorsque la concentration de KF augmente jusqu'à la valeur optimale de 6 mmol/L, les performances du CZTSe s'améliorent, mais une augmentation supplémentaire à 9 mmol/L entraîne une dégradation des performances.

Le dispositif traité avec 6 mmol/L de KF a atteint une efficacité de 8,04 %, une tension en circuit ouvert de 0,392 V, une densité de courant de court-circuit de 34,3 mA/cm² et un facteur de remplissage de 59,7 %. En comparaison, les valeurs du dispositif de référence non traité au KF étaient respectivement de 6,59 %, 0,332 V, 33,7 mA/cm² et 58,8 %.

Pour explorer le mécanisme intrinsèque, l'équipe a utilisé le logiciel de simulation wxAMPS pour étudier l'impact des défauts d'interface et de la densité de porteurs sur les performances des dispositifs. En modifiant les paramètres, ils ont constaté que la réduction des défauts d'interface peut améliorer significativement l'efficacité et la tension en circuit ouvert en supprimant la recombinaison des porteurs, tandis qu'une augmentation de la densité de porteurs dégrade les performances.

L'équipe de recherche conclut que le potassium favorise la croissance des grains de CZTSe lors du processus de séléniation à haute température et réduit la formation de vides lors de la croissance des couches minces. Le traitement doux au KF fournit également une source excédentaire de potassium, supprimant efficacement la décomposition en surface, en particulier en réduisant la perte d'étain par la désorption de SnSe(g), améliorant ainsi l'interface CdS/CZTSe.

Ces résultats ont été publiés dans la revue « Materials Today Communications » sous le titre « Ingénierie d'interface par traitement au potassium pour la régulation des porteurs dans les cellules solaires CZTSe efficaces » (Potassium processing interface engineering for carrier regulation of efficient CZTSe solar cells).

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