En 2009, lors de l'apparition des premières cellules à couches minces de calcite, le rendement de conversion n'était que de 3,8 %. Ce rendement a rapidement progressé et, dès 2018, il dépassait les 23 % en laboratoire. La formule moléculaire de base d'un composé chalcogénure est ABX₃, où A représente généralement un ion métallique, tel que Cs⁺ ou Rb⁺, ou un groupe fonctionnel organique, comme (CH₃NH₃)₂ ou [CH₃(NH₂)₂]⁺. La position B est généralement occupée par des cations divalents, tels que les ions Pb²⁺ et Sn²⁺. La position X est généralement occupée par des anions halogènes, tels que Br⁻, I⁻ ou Cl⁻. En modifiant la composition des composés, la bande interdite des composés chalcogénures peut être ajustée entre 1,2 et 3,1 eV. La conversion photovoltaïque à haut rendement des cellules à chalcogénures aux courtes longueurs d'onde, combinée à celle de cellules aux performances de conversion exceptionnelles aux grandes longueurs d'onde, telles que les cellules en silicium cristallin hétérogène, permet théoriquement d'atteindre un rendement de conversion photovoltaïque supérieur à 30 %, dépassant ainsi la limite théorique de 29,4 % des cellules en silicium cristallin. En 2020, cette batterie empilée a déjà atteint un rendement de conversion de 29,15 % au laboratoire Heimholtz de Berlin, en Allemagne, et la cellule empilée chalcogénure-silicium cristallin est considérée comme l'une des technologies de batteries majeures de la prochaine génération.
La couche de chalcogénure a été réalisée en deux étapes : d’abord, des films poreux de PbI₂ et de CsBr ont été déposés par co-évaporation sur la surface de cellules à hétérojonction à surface floconneuse, puis recouverts d’une solution d’organohalogéné (FAI, FABr) par centrifugation. La solution d’halogénure organique pénètre dans les pores du film inorganique déposé en phase vapeur, puis réagit et cristallise à 150 °C pour former la couche de chalcogénure. L’épaisseur de cette couche est de 400 à 500 nm ; elle est connectée en série avec la cellule à hétérojonction sous-jacente afin d’optimiser l’adaptation de courant. Les couches de transport d’électrons sur la couche de chalcogénure sont constituées de LiF et de C₆₀, obtenues successivement par dépôt thermique en phase vapeur, suivi du dépôt de couches atomiques d’une couche tampon de SnO₂ et de la pulvérisation cathodique magnétron d’un oxyde conducteur transparent (TCO) servant d’électrode frontale transparente. La fiabilité de cette cellule empilée est meilleure que celle de la cellule monocouche de chalcogénure, mais la stabilité du film de chalcogénure sous l'influence de la vapeur d'eau, de la lumière et de la chaleur doit encore être améliorée.
Date de publication : 20 octobre 2023