Les phénomènes de transport de charges électriques dans les cellules solaires hybrides

Allemagne

Actualité
Allemagne | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
7 septembre 2015

Une équipe du centre Helmholtz pour les Matériaux et l’Énergie de Berlin (HZB), dirigée par le professeur Silke Christiansen, a découvert qu’un empilement composé d’un matériau organique conducteur, le PEDOT:PSS [1], sur un substrat de silicium dopé de type n [2], a des propriétés physiques plus proches d’une interface entre deux semi-conducteurs, l’un dopé n, l’autre dopé p [3] (jonction PN) que d’une jonction entre un métal et un semi-conducteur (jonction Schottky).

La base de la structure est constituée d’une plaquette de silicium de type n sur laquelle un revêtement d’alliage de polymère PEDOT:PSS est déposé. Les rendements [4] observés sur une cellule photovoltaïque comportant un tel empilement sont en moyenne de 14 %. Dans le processus expérimental utilisé, plusieurs cellules photovoltaïques sont réalisées à partir de plusieurs concentrations de dopants dans le substrat de silicium. Les valeurs caractéristiques en termes de courant et de tension sont comparées au paramètre de dopage.

Il est observé que les courbes caractéristiques en courant et en tension obtenues ne sont pas comparables aux courbes connues dans le cas d’une jonction Schottky, de même que la dépendance des courbes caractéristiques en fonction de l’évolution du dopage du substrat de silicium. Ce résultat va à l’encontre de ce qui était jusqu’alors admis. En effet, le PEDOT:PSS était jusqu’alors décrit comme un conducteur métallique, ce qui induit la description de la jonction de ce matériau avec le silicium comme une jonction métal – semi-conducteur. Des mesures de spectroscopie ultra-violette menées en collaboration avec le professeur Klaus Lips du Laboratoire de l’Energie In-Situ des Matériaux (EMIL) de l’Institut de Nanospectroscopie de Berlin ont permis de confirmer que la couche de PEDOT:PSS, dans une jonction avec du silicium de type n, se comporte davantage comme un semi-conducteur de type p qu’un métal.

Des phénomènes physiques à l’interface sont à l’origine de ce comportement. Selon le professeur Silke Christiansen, ces phénomènes peuvent aussi exister pour d’autres structures hybrides présentes dans l’énergie solaire photovoltaïque notamment les cellules à base de pérovskite ou d’autres composants optoélectroniques. Un comportement électronique, qu’il est possible d’optimiser par accord des propriétés de surface, offre de larges potentialités d’application en électronique, en particulier la détection optique.

Plus d’informations :

[1] : PEDOT:PSS : poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)
[2] : Un semi-conducteur de type n comporte un excès de porteurs négatifs.
[3] : Un semi-conducteur de type p comporte un excès de porteurs positifs.
[4] : Le rendement d’une cellule photovoltaïque correspond au rapport entre la puissance électrique produite par la cellule photovoltaïque à partir du rayonnement solaire incident sur la puissance électrique du rayonnement solaire incident

  • Publication scientifique : S. Jäckle, M. Mattiza, M. Liebhaber, G. Brönstrup, M. Rommel, K. Lips, S. Christiansen, "Junction formation and current transport mechanisms in hybrid n-Si/PEDOT:PSS solar cells", Nature, 2015. DOI : 10.1038/srep13008

Source : "Ladungstransport in hybriden Silizium-basierten Solarzellen", 17/08/2015, Communiqué de presse du HZB, - http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14273 ;sprache=de ;typoid=3228

Rédacteur : Aurélien Gaufrès, aurelien.gaufres[at]diplomatie.gouv.fr – www.science-allemagne.fr

PLAN DU SITE