La quête d’une efficacité toujours croissante dans la conversion de l’énergie solaire a conduit à des explorations au-delà des cellules solaires à jonction pn traditionnelles à base de silicium. Les cellules solaires à diodes Schottky constituent une voie prometteuse, offrant une approche unique en matière d’absorption de la lumière et de production d’électricité.
Comprendre les fondamentaux
Les cellules solaires traditionnelles reposent sur la jonction pn, où se rencontrent un semi-conducteur chargé positivement (type p) et chargé négativement (type n). En revanche, les cellules solaires à diode Schottky utilisent une jonction métal-semi-conducteur. Cela crée une barrière Schottky, formée par les différents niveaux d'énergie entre le métal et le semi-conducteur. La lumière frappant la cellule excite les électrons, leur permettant de franchir cette barrière et de contribuer à un courant électrique.
Avantages des cellules solaires à diode Schottky
Les cellules solaires à diode Schottky offrent plusieurs avantages potentiels par rapport aux cellules à jonction pn traditionnelles :
Fabrication rentable : les cellules Schottky sont généralement plus simples à fabriquer que les cellules à jonction PN, ce qui peut entraîner une baisse des coûts de production.
Piégeage amélioré de la lumière : le contact métallique dans les cellules Schottky peut améliorer le piégeage de la lumière à l'intérieur de la cellule, permettant une absorption plus efficace de la lumière.
Transport de charge plus rapide : la barrière Schottky peut faciliter un mouvement plus rapide des électrons photogénérés, augmentant potentiellement l’efficacité de la conversion.
Exploration de matériaux pour les cellules solaires Schottky
Les chercheurs explorent activement divers matériaux à utiliser dans les cellules solaires Schottky :
Séléniure de cadmium (CdSe) : alors que les cellules Schottky au CdSe actuelles présentent des rendements modestes d'environ 0,72 %, les progrès dans les techniques de fabrication telles que la lithographie par faisceau d'électrons offrent des promesses d'améliorations futures.
Oxyde de nickel (NiO) : NiO est un matériau prometteur de type p dans les cellules Schottky, atteignant des rendements allant jusqu'à 5,2 %. Ses propriétés à large bande interdite améliorent l’absorption de la lumière et les performances globales des cellules.
Arséniure de gallium (GaAs) : les cellules GaAs Schottky ont démontré des efficacités supérieures à 22 %. Cependant, pour atteindre ces performances, il faut une structure métal-isolant-semi-conducteur (MIS) soigneusement conçue avec une couche d'oxyde contrôlée avec précision.
Défis et orientations futures
Malgré leur potentiel, les cellules solaires à diode Schottky sont confrontées à certains défis :
Recombinaison : La recombinaison des paires électron-trou au sein de la cellule peut limiter l’efficacité. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour minimiser ces pertes.
Optimisation de la hauteur de la barrière : la hauteur de la barrière Schottky a un impact significatif sur l'efficacité. Il est crucial de trouver l’équilibre optimal entre une barrière élevée pour une séparation efficace des charges et une barrière faible pour une perte d’énergie minimale.
Conclusion
Les cellules solaires à diode Schottky recèlent un immense potentiel pour révolutionner la conversion de l’énergie solaire. Leurs méthodes de fabrication plus simples, leurs capacités améliorées d’absorption de la lumière et leurs mécanismes de transport de charge plus rapides en font une technologie prometteuse. À mesure que la recherche approfondit les stratégies d’optimisation des matériaux et d’atténuation de la recombinaison, nous pouvons nous attendre à voir les cellules solaires à diode Schottky émerger comme un acteur important dans l’avenir de la production d’énergie propre.
Heure de publication : 13 juin 2024