Nanostructuration à cristaux photoniques de matériaux pérovskites hybrides pour cellules solaires photovoltaïques et diodes électroluminescentes
L’efficacité de ces cellules à couches minces a presque atteint celle des meilleures cellules au silicium. Dans un futur proche, ces matériaux devraient permettre d’améliorer l’efficacité des cellules silicium commerciales, grâce à des configurations en tandem.
Associée à une compréhension approfondie des différents matériaux, le management de la lumière est essentielle pour que ces cellules solaires à pérovskite atteignent leurs performances record. L’équipe i-LUM de l’INL a une expérience de 15 ans dans le management de la lumière pour le photovoltaïque à couches minces. L’accent a été mis sur la structuration directe de la pérovskite pendant la phase de cristallisation, développé sur la plateforme technologique de l’INL Nanolyon. En effet, le nanopatterning contrôlé qui en résulte, appelé cristal photonique, est très bien adapté pour améliorer considérablement l’interaction lumière-matière.
Notre groupe a récemment publié un article de synthèse dans Advanced Energy Materials. Dans cet article, des critères sur les matériaux, les processus et l’ingénierie photonique sont établis pour améliorer principalement la densité de courant de court-circuit en vue de rendements énergétiques élevés. Ces critères permettent d’analyser un large panel de solutions envisagées dans la littérature pour les cellules à simple jonction. Il apparaît clairement que les résultats de la littérature utilisant l’approche que nous promouvons conduisent aux plus grandes améliorations de l’efficacité quantique externe, en particulier en bord de bande interdite de la pérovskite. De plus, une perspective est développée à partir de simulations électromagnétiques rigoureuses réalisées sur différentes structures comparables. Cela ouvre également la voie à une amélioration supplémentaire des performances dans le cas des cellules tandem à deux terminaux entièrement pérovskites.
Une approche prometteuse similaire est également envisagée pour une efficacité accrue et un diagramme de rayonnement contrôlé des LED. A cette fin, Nanolyon a acquis en 2021 un système industriel, unique dans un laboratoire français: le NanoPatterning System NPS300, fourni par la société SET, qui permet d’obtenir des échantillons à l’échelle du cm2 en utilisant de la lithographie par nanoimpression en mode Step and Repeat. Ce travail toujours en cours est réalisé au sein du projet ANR EMIPERO, coordonné par LUMin et associant XLIM et INL. Tous ces laboratoires sont membres du GDR HPERO.
Contact: Emmanuel DROUARD
Références:
Berry, R. Mermet-Lyaudoz, J. M. Cuevas Davila, D. A. Djemmah, H. S. Nguyen, C. Seassal, E. Fourmond, C. Chevalier, M. Amara, and E. Drouard, Light Management in Perovskite Photovoltaic Solar Cells: A Perspective, Advanced Energy Materials 12, 2200505 (2022).
