THESIS — Tandem à trois terminaux à HEtérojonction sur cellule solaire SIlicium à contacts interdigitéS en face arrière

Aujourd'hui, la technologie du silicium à une seule jonction domine le marché du photovoltaïque (PV), avec plus de 90% de part de marché. Cependant, le rendement de conversion de puissance des cellules solaires au silicium est maintenant proche de la limite théorique. En effet, le record a été poussé à 26,7%, ce qui est proche de la limite théorique de la simple jonction de silicium d'environ 29%, lorsque la recombinaison Auger, inévitable, est prise en compte. Pour augmenter le rendement des cellules solaires au-delà de 30% tout en conservant l'utilisation matériau de silicium qui est abondant, bon marché et stable, une solution consiste à coupler le silicium avec un autre semi-conducteur ayant une bande interdite plus importante dans une configuration en tandem. Actuellement, la technologie tandem basée sur le silicium suit deux voies: le tandem monolithique à deux bornes (2TT) où les sous-cellules supérieure et inférieure sont connectées électriquement et optiquement, et les tandem à quatre bornes (4TT) où les deux sous-cellules sont électriquement indépendantes . Cependant, l'architecture 2TT doit gérer l'adaptation photocourant et optimiser les mécanismes de transport des charges de jonction tunnel entre les sous-cellules supérieure et inférieure, tandis que le dispositif 4TT doit traiter les problèmes liés aux contacts enterrés, à l'ombrage et aux pertes induites par l'interconnexion adhésive. La proposition THESIS vise à développer une cellule solaire tandem originale à 3 bornes (3TT). L'approche est triple: - Proposer une nouvelle technologie de cellule solaire avec 3 terminaux. Cela nous permet de supprimer la contrainte d'adaptation du photo-courant pour les deux cellules constituant la cellule tandem. De plus, une cellule tandem à 3 bornes n'a pas besoin de jonction tunnel. - Faciliter l'accès aux différents contacts des cellules supérieure et inférieure sans nécessiter de gravure et sans avoir à aligner les grilles de contact enterrées, - Combiner les avantages de la technologie silicium fiable et maîtrisée avec ceux des technologies émergentes, permettant la création d'un empilement d'hétérojonctions avec le silicium. Cette nouvelle technologie de cellule tandem à trois terminaux que nous avons brevetée est rendue possible de manière innovante et simple en utilisant une cellule PV au silicium avec des contacts arrière interdigités en face arrière (Interdigitated Back Contacts : IBC) sur la face arrière comme sous-cellule inférieure et en déposant un semi-conducteur à large bande interdite à la face avant c-Si de la cellule IBC, avec une barrière sélective de discontinuités de bande (Band Offset Barrier : BOB) à l'interface afin de former un empilement à hétérojonction réalisant une sous-cellule hétérojonction supérieure. Cette barrière est choisie pour que l'hétérojonction permette une séparation du fonctionnement des deux cellules. Dans le projet THESIS, nous proposons de nous concentrer sur les perovskites émergentes en tant qu'absorbeur type p de la cellule supérieure. L'interface entre la pérovskite et le silicium sera activement étudiée dans le projet et nécessitera des investigations approfondies pour améliorer la qualité de l'interface et le fonctionnement du dispositif. Nous prévoyons d'utiliser également l'empilement p / i a-Si: H comme, formant une cellule à hétérojonction verticale (p) a-Si: H / (i) a-Si: H / (n) c-Si. Bien sûr, nous ne prévoyons pas les meilleures performances photovoltaïques avec cette sous-cellule en raison des propriétés de transport limitées de a-Si: H. Cependant, la croissance de la qualité du dispositif a-Si: H pour la sous-cellule supérieure et la technologie IBC c-Si sont déjà bien maîtrisées dans le consortium, ce qui nous permettra de fabriquer une preuve de concept pour cette architecture 3TT innovante. Ce sera une percée dans le monde PV, puisque l'architecture 3TT n'a jamais été démontrée jusqu'à présent.