Courant mesuré en millisecondes pour les tandems pérovskite-silicium

Une cellule tandem arrive sur le testeur et, en 7 ms à 12 ms, la machine peut révéler la part du courant provenant de chacune de ses deux sous-cellules. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire en Allemagne, dirigés par Christoph Messmer, ont d’abord démontré cette méthode électrique sur une petite cellule développée en interne, puis sur un dispositif industriel de pleine taille.

Le problème est la vitesse de production. Les outils conventionnels, comme l’analyse de la réponse spectrale et l’analyse spectrométrique, peuvent séparer le courant de la cellule supérieure en pérovskite de celui de la cellule inférieure en silicium, mais ils prennent plus d’une heure et nécessitent des dispositifs optiques complexes. L’approche de Fraunhofer ISE utilise le test courant-tension standard déjà réalisé sur chaque cellule, avec une modification au niveau du firmware plutôt qu’un nouveau matériel, de nouvelles sources lumineuses ou des filtres spectraux.

L’astuce se trouve dans la cellule de silicium. Une brève polarisation directe, idéalement proche de la tension en circuit ouvert, charge son réservoir capacitif. Lorsque le testeur commute rapidement vers une tension plus faible, cette charge stockée se décharge brièvement et empêche le silicium de limiter le courant du tandem. Le premier plateau de courant correspond donc à la sous-cellule en pérovskite ; une fois le réservoir épuisé, le courant retombe au niveau limité par le silicium.

Sur le dispositif industriel, les deux plateaux correspondaient étroitement aux résultats de la caractérisation spectrométrique conventionnelle. Les balayages répétés se sont également révélés très reproductibles, avec un écart-type relatif inférieur à 0,1 %, et les chercheurs ont indiqué n’avoir détecté aucune dégradation mesurable du dispositif due aux mesures rapides.

Qu’est-ce que cela change en pratique ? Les fabricants pourraient rendre possible un échantillonnage en ligne à 100 % du courant des sous-cellules, en utilisant des graphiques de contrôle statistique des procédés pour détecter les dérives d’épaisseur, de composition ou de morphologie de la pérovskite, ainsi que les variations de l’empilement optique, avant qu’elles ne se traduisent par une baisse du rendement. La méthode ne fonctionne que lorsque le silicium est la sous-cellule limitant le courant ; si la pérovskite limite la première le tandem, le courant du silicium reste indétectable. Fraunhofer ISE indique que ce principe pourrait également s’appliquer aux tandems III–V-silicium et aux dispositifs à triple jonction.