Nouvelle avancée dans la recherche sur les cellules solaires : découverte des matériaux du futur !

Nouvelle avancée dans la recherche sur les cellules solaires : découverte des matériaux du futur !

Des scientifiques de l'Université de la Sarre ont développé une méthode innovante d'analyse des surfaces rugueuses en silicium, particulièrement importante pour la technologie photovoltaïque. Cette nouvelle approche combine la microscopie à force atomique (AFM) et la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) pour analyser avec précision la rugosité de surface. La méthode est principalement utilisée pour le silicium noir, une surface de silicium nanostructurée qui joue un rôle important dans l'efficacité des cellules solaires. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Small Methods uni-saarland.de signalé.

Le développement de cette méthode a été piloté par une équipe dirigée par le professeur de physique Karin Jacobs et ses collègues du Centre aérospatial allemand (DLR). Un objectif central de la recherche est de corriger les erreurs causées par la rugosité des surfaces. Le XPS est connu comme une méthode établie pour déterminer la composition chimique des surfaces, mais il s'est avéré sujet aux distorsions sur les surfaces rugueuses telles que le silicium noir. L'intégration de mesures AFM pour déterminer avec précision la topographie de la surface évite la surestimation traditionnelle de l'épaisseur de la couche d'oxyde.

L'utilisation des tenseurs de Minkowski

Une clé de cette analyse améliorée réside dans l’utilisation des tenseurs de Minkowski, qui permettent de déterminer avec précision la pente locale de la surface. Cela crée les conditions nécessaires à une détermination plus précise de l'épaisseur de la couche d'oxyde sur le silicium noir, qui n'est que de 50 à 80 % plus épaisse que la couche d'oxyde natif sur les tranches de silicium classiques. Sans la correction des données de l'AFM, la surestimation de l'épaisseur aurait pu être d'environ 300 pour cent. De telles avancées dans la technologie d’analyse de surface sont cruciales pour la recherche sur les matériaux et le développement de nouvelles technologies dans les domaines du photovoltaïque, de l’optoélectronique et de la nanotechnologie.

La recherche est financée par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) dans le cadre du programme prioritaire SPP 2265 et du Centre de recherche collaboratif SFB 1027. Ce financement souligne l'importance des travaux pour le développement futur de matériaux dans le domaine des énergies renouvelables, nécessaires de toute urgence pour augmenter encore l'efficacité des cellules solaires.

Une nouvelle approche du développement des matériaux

Parallèlement à ces développements, des scientifiques de l'Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg (FAU), de l'Institut Helmholtz d'Erlangen-Nuremberg et de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) travaillent sur un nouveau flux de travail pour rechercher des matériaux hautes performances pour les cellules solaires à pérovskite. Cette approche combine des plates-formes de modélisation informatique et de synthèse autonome avec des calculs théoriques quantiques pour prédire les composés de matériaux appropriés et effectuer des tests automatisés, rapporte fau.de.

La recherche, dirigée par le professeur Christoph Brabec, a déclaré la guerre aux méthodes antérieures basées sur les essais et les erreurs. Au lieu de cela, une approche hybride est adoptée qui utilise l'apprentissage automatique (ML) pour prédire les structures et les propriétés moléculaires. Environ 100 molécules ont été utilisées pour entraîner les modèles, ce qui a permis d'identifier les matériaux candidats les plus puissants avec des rendements allant jusqu'à 24 %. Ces valeurs dépassent largement la valeur de référence précédente de 22 pour cent.

Dans l’ensemble, ces projets de recherche montrent comment les technologies modernes et les approches innovantes peuvent fonctionner ensemble pour augmenter considérablement les performances des cellules solaires. Grâce à des méthodes permettant à la fois des mesures plus précises et un développement de matériaux ciblé, le photovoltaïque sera renforcé et développé en tant que technologie centrale pour la production d'énergie future.