Étude et optimisation d’une cellule solaire pérovskite Na₂TlGaCl₆ par simulation SCAPS-1D

Abstract

Cette étude porte sur l’optimisation des performances des cellules solaires à base de pérovskites doubles sans plomb, en particulier le matériau Na₂TlGaCl₆, en utilisant le simulateur numérique SCAPS-1D. L’objectif principal est d’explorer le potentiel de cette pérovskite inorganique comme alternative écologique aux pérovskites contenant du plomb, tout en maintenant des performances photovoltaïques élevées. Une analyse paramétrique approfondie a été réalisée afin d’évaluer l’influence des paramètres clés du dispositif, notamment le choix des couches de transport des charges (ETL et HTL), l’épaisseur de l’absorbeur, ainsi que les effets des défauts, du dopage et des impuretés au sein de la couche absorbante Na₂TlGaCl₆. Les résultats de simulation montrent que les performances du dispositif dépendent fortement de l’alignement des bandes d’énergie, de la qualité cristalline du matériau et de la réduction des mécanismes de recombinaison. L’architecture optimale identifiée se compose d’une couche ETL en IGZO de 100 nm, d’un absorbeur Na₂TlGaCl₆ de 800 nm, et d’une couche HTL en CBTS de 100 nm. Cette configuration permet d’atteindre un rendement de conversion de puissance (PCE) de 30,61 %, grâce à une amélioration significative du transport des porteurs de charge et à une minimisation des pertes. Ces résultats démontrent l’intérêt des pérovskites doubles sans plomb dans le développement de cellules solaires performantes, stables et respectueuses de l’environnement. Par ailleurs, l’utilisation d’outils de simulation avancés comme SCAPS-1D constitue une approche efficace pour accélérer la conception et l’optimisation des dispositifs photovoltaïques avant leur validation expérimentale.