Durée de vie des électrons dans les cellules solaires sensibilisées par colorants : théorie et interprétation des mesures

La durée de vie des électrons τn dans les cellules solaires sensibilisées par colorants (DSC) est une quantité centrale pour déterminer la dynamique de recombinaison dans la cellule solaire. Elle peut être mesurée par plusieurs méthodes : spectroscopie d’impédance, IMVS, transitoires temporels à paliers et décays de tension à circuit ouvert. Cet article vise à une meilleure compréhension de ce paramètre fondamental. Nous résumons les principaux modèles qui décrivent la dépendance de la durée de vie par rapport à la tension d偏ai ou à la densité de porteurs, et constatons qu'il existe deux approches complémentaires pour clarifier la structure de la durée de vie. La première consiste à traiter la durée de vie comme un produit de la capacité chimique et de la résistance de recombinaison. Cette approche est importante car la résistance détermine en grande partie les caractéristiques de fonctionnement à l'état stationnaire de la cellule solaire proche de la tension à circuit ouvert. La deuxième approche repose sur un modèle cinétique qui décrit en détail les différents processus gouvernant la décroissance de la population de porteurs dans une mesure de τn. La durée de vie est composée d'un facteur de piégeage et d'une durée de vie d'électrons libres. Étant donné que le coefficient de diffusion contient l'inverse du facteur de piégeage, il est constaté qu'un produit (coefficient de diffusion) × (durée de vie) révèle la forme de la durée de vie des électrons libres, qui contient les informations essentielles sur la cinétique du transfert d'électrons à la surface en fonction de la position du niveau de Fermi. Un modèle basé sur une distribution exponentielle des états de surface fournit une bonne description de la dépendance de la tension et de la température de la durée de vie des électrons libres et des longueurs de diffusion dans des DSCs à haute performance.