De l’impression à jet d’encre pour les cellules solaires en kësterite
L’impression jet d’encre “drop-on-demand” est une approche prometteuse qui permet la structuration de matériaux tout en rejetant des quantités négligeables de déchets ; par conséquent, cela signifierait également une réduction significative du coût des matières premières, dans les produits solaires notamment.
Par ailleurs, l’impression à jet d’encre peut être facilement adaptée à un procédé roll-to-roll (rouleau d’impression), qui est appropriée pour une production à grande échelle. Du point de vue de l’application industrielle, les deux fonctionnalités cumulées de la technologie d’impression à jet d’encre restent d’un grand intérêt. Une exigence essentielle pour son utilisation est de développer une encre appropriée en termes de viscosité et de stabilité qui conduit à des films compacts et homogènes.
L’encre moléculaire
Le Dr Lin Xianzhong de l’Institut des systèmes et matériaux hétérogènes du HZB a utilisé une encre moléculaire qui a été initialement développée pour des technologies de revêtement par centrifugation. L’encre est produite par dissolution de Cuivre, Zinc, Etain, sels métalliques et de la thiourée dans un solvant de diméthylsulfoxyde. Le Dr. Lin a testé son aptitude à l’impression jet d’encre. Il a constaté que la viscosité de l’encre peut être réglée en ajustant la concentration de l’encre. La composition d’encre peut également être facilement contrôlée par l’ajout ou la réduction de la quantité de chaque produit chimique ajouté. Les absorbeurs CZTSSe sont formées par recuit du film de précurseur de Cu-Zn-Sn-S sous une atmosphère contenant du sélénium.
Procédééconomique
L’optimisation initiale des conditions de traitement telles que les paramètres de la composition d’encre et d’impression ont déjà produit des cellules solaires avec des rendements allant jusqu’à 6,4%. L’énorme avantage de l’impression jet d’encre par rapport à un revêtement par centrifugation pour obtenir de minces absorbeurs de films reste la moindre quantité de déchets. Considérant que, avec le revêtement par centrifugation, une grande quantité de matériel d’encre est gaspillée, l’impression à jet d’encre demeure très économique : par exemple, moins de 20 microlitres d’encre reste nécessaire pour produire 2 micromètres de film mince absorbeur CZTSSe. Cette quantité permet de couvrir un substrat d’un pouce sur un pouce (2,54 cm x 2,54 cm).
Faible toxicité
“Bien que la performance de la cellule solaire est encore loin de l’efficacité record de 12,7% pour des cellules solaires à base CZTSSe, le grand avantage de notre approche est un processus qui gaspillage peu de matériaux faiblement toxique“, a ajouté Mme Martha Lux-Steiner.
L’équipe travaille actuellement sur l’optimisation des conditions de traitement pour les absorbeurs de kësterite afin d’améliorer encore les performances de la cellule solaire ainsi que le dépôt des couches par impression jet d’encre. L’objectif est d’imprimer avec un dispositif complet d’une grande efficacité en oubliant la technologie du vide, trop coûteuse. Ce travail ouvre donc une voie prometteuse pour la fabrication de cellules solaires en couches minces de kësterite.
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