Les cellules solaires bifaciales en pérovskite indiquent une plus grande efficacité


Une cellule solaire bifaciale en pérovskite, qui permet à la lumière du soleil d’atteindre les deux côtés de l’appareil, a le potentiel de produire des rendements énergétiques plus élevés à des coûts globaux inférieurs, selon des scientifiques du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du Département américain de l’énergie.

La double nature d’une cellule solaire bifaciale permet la capture de la lumière solaire directe à l’avant et la capture de la lumière solaire réfléchie à l’arrière, permettant à ce type d’appareil de surpasser ses homologues monofaciaux.

« Cette cellule pérovskite peut fonctionner très efficacement des deux côtés », a déclaré Kai Zhu, scientifique principal au Centre de chimie et de nanosciences du NREL et auteur principal d’un nouvel article publié dans la revue. Joule: « Cellules solaires à pérovskite à jonction unique bifaciales très efficaces. » Ses co-auteurs de NREL sont Qi Jiang, Rosemary Bramante, Paul Ndione, Robert Tirawat et Joseph Berry. D’autres co-auteurs sont de l’Université de Tolède.

Les recherches antérieures sur les cellules solaires à pérovskite bifaciale ont produit des dispositifs considérés comme inadéquats par rapport aux cellules monofaciales, qui ont un record actuel d’efficacité de 26 %. Idéalement, ont noté les chercheurs du NREL, une cellule bifaciale devrait avoir une efficacité frontale proche de la cellule monofaciale la plus performante et une efficacité similaire à l’arrière.

Les chercheurs ont pu fabriquer une cellule solaire où l’efficacité sous illumination des deux côtés est proche. L’efficacité mesurée en laboratoire de l’éclairage avant a atteint plus de 23 %. De l’éclairage arrière, l’efficacité était d’environ 91% à 93% de l’avant.

Avant de construire la cellule, les chercheurs se sont appuyés sur des simulations optiques et électriques pour déterminer l’épaisseur nécessaire. La couche de pérovskite à l’avant de la cellule devait être suffisamment épaisse pour absorber la plupart des photons d’une certaine partie du spectre solaire, mais une couche de pérovskite trop épaisse peut bloquer les photons. Au dos de la cellule, l’équipe du NREL a dû déterminer l’épaisseur idéale de l’électrode arrière pour minimiser les pertes résistives.

Selon Zhu, des simulations ont guidé la conception de la cellule bifaciale, et sans cette aide, les chercheurs auraient dû produire expérimentalement cellule après cellule pour déterminer l’épaisseur idéale. Ils ont trouvé que l’épaisseur idéale pour une couche de pérovskite est d’environ 850 nanomètres. En comparaison, un cheveu humain mesure environ 70 000 nanomètres.

Pour évaluer l’efficacité obtenue grâce à l’éclairage bifacial, les chercheurs ont placé la cellule entre deux simulateurs solaires. La lumière directe était dirigée vers la face avant, tandis que la face arrière recevait la lumière réfléchie. L’efficacité de la cellule a augmenté à mesure que le rapport entre la lumière réfléchie et l’éclairage avant augmentait.

Alors que les chercheurs estiment qu’un module solaire bifacial en pérovskite coûterait plus cher à fabriquer qu’un module monofacial, avec le temps, les modules bifaciaux pourraient devenir de meilleurs investissements financiers car ils génèrent 10 à 20 % d’énergie en plus.

Le bureau des technologies de l’énergie solaire du département américain de l’énergie a financé la recherche.

Le NREL est le principal laboratoire national du Département américain de l’énergie pour la recherche et le développement sur les énergies renouvelables et l’efficacité énergétique. NREL est exploité pour le DOE par l’Alliance for Sustainable Energy LLC.

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