fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche iranienne, à l’aide d’un cadre de simulation photoélectrique par éléments finis bidimensionnels couplés, a systématiquement analysé l’impact des textures d’interface aléatoires sur les performances des cellules solaires à pérovskite à base d’iodure de plomb et de méthylammonium (MAPbI₃). Ils ont découvert qu’une morphologie de texture quasi-sinusoïdale permet d’atteindre un équilibre photoélectrique optimal, augmentant l’efficacité de conversion de puissance de plus de 20 % par rapport à un dispositif de référence plan.
Cette étude examine comment l’introduction de textures nanostructurées dans toutes les couches du dispositif influence son comportement. Le modèle capture l’interaction entre les effets optiques (tels que le piégeage et l’absorption améliorés de la lumière) et les processus électroniques (incluant le transport et la recombinaison des charges), révélant les voies potentielles des textures multicouches pour optimiser l’efficacité globale du dispositif.
Maryam Zoghi, auteure correspondante de l’Université Tarbiat Modares, a déclaré à pv magazine : « De nombreuses études utilisent des textures aléatoires ou périodiques, mais nous avons systématiquement comparé trois morphologies aléatoires différentes et découvert que les performances du dispositif ne sont pas simplement déterminées par la rugosité ou l’augmentation de la surface. Le point clé réside dans le compromis entre l’amélioration de l’absorption bénéfique dans la couche de pérovskite et les pertes de transport dues à la tortuosité dépendante de la morphologie. » Elle a ajouté que l’équipe explore des voies de fabrication évolutives pour produire de manière reproductible les morphologies identifiées dans ce travail, tout en prévoyant d’étudier la stabilité à long terme de ces interfaces texturées.
L’étude de simulation a porté sur trois morphologies d’interface aléatoires représentatives : pyramidale, bosselée et quasi-sinusoïdale. La morphologie pyramidale présente la rugosité, le rapport de surface d’interface et la profondeur de caractéristique les plus faibles ; la morphologie bosselée offre une plus grande surface d’interface et des caractéristiques plus profondes, mais également la tortuosité de transport la plus élevée ; la morphologie quasi-sinusoïdale combine la plus grande surface d’interface et les caractéristiques les plus profondes avec une tortuosité modérée, réalisant ainsi les meilleures performances photovoltaïques globales.
En prenant comme référence une cellule solaire à pérovskite plane, toutes les cellules utilisent les mêmes matériaux et épaisseurs de couches. La structure du dispositif simulé est ITO/TiO₂/MAPbI₃/CuSCN/Au, comprenant spécifiquement une électrode avant en oxyde d’indium-étain (ITO) de 50 nm, une couche de transport d’électrons en dioxyde de titane (TiO₂) de 90 nm, une couche d’absorption de pérovskite MAPbI₃ de 200 nm, une couche de transport de trous en CuSCN de 80 nm et une électrode arrière en or (Au) de 100 nm.
Zoghi a souligné : « Le résultat le plus surprenant est que la texture quasi-sinusoïdale, qui n’est ni la morphologie la plus pointue ni la plus irrégulière, surpasse systématiquement les structures pyramidales et bosselées. Nous avions initialement prévu que des textures plus agressives (comme la bosselée) produiraient le courant photovoltaïque le plus élevé en raison d’une diffusion lumineuse plus forte. » Les données spécifiques montrent que la morphologie quasi-sinusoïdale offre l’équilibre photoélectrique le plus favorable, avec une densité de courant de court-circuit de 25,1 mA cm⁻² pour un dispositif à couche d’absorption de 200 nm, une efficacité de conversion de puissance de 21,38 %, et une augmentation de 15 % du Jsc par rapport à la référence plane.
« Bien que la structure bosselée offre certains avantages optiques, elle subit des pertes électriques plus importantes, probablement en raison d’une tortuosité et d’une résistance série accrues. En revanche, la forme quasi-sinusoïdale plus lisse réalise un meilleur équilibre photoélectrique, avec une augmentation de 15 % de la densité de courant de court-circuit et une augmentation de plus de 20 % de l’efficacité de conversion de puissance. Cela montre que “plus de texture” n’est pas toujours meilleur », a ajouté Zoghi.
Les résultats de cette recherche, intitulés « Random textured interfaces for efficiency enhancement of perovskite solar cells », ont été publiés dans la revue Results in Physics, avec la participation de scientifiques de l’Université Tarbiat Modares et de l’Université de Téhéran en Iran.
Texte compilé par Wedoany. Toute citation par IA doit mentionner la source « Wedoany ». En cas de contrefaçon ou d'autre problème, veuillez nous en informer rapidement ; nous modifierons ou supprimerons le contenu le cas échéant. Courriel : news@wedoany.com
