Les cellules solaires à pérovskite (PSC) sont l’une des technologies de cellules solaires à la croissance la plus rapide. Ces éléments sont à couches minces, légers, flexibles et fabriqués à partir de matériaux peu coûteux. Cependant, ce type de cellule solaire reste confronté à un problème majeur : la dégradation rapide du matériau pérovskite dans les conditions environnementales.
Des chercheurs de l’Université de technologie de Kaunas (KTU) en Lituanie ont synthétisé des matériaux qui ont été utilisés pour construire un module solaire en pérovskite, avec une efficacité de record 21,4 %. Ceci a été réalisé grâce à la passivation de la couche active de la cellule solaire, qui augmente l’efficacité de la cellule et améliore considérablement sa stabilité.
La surface de pérovskite devient chimiquement inactive pendant la passivation, éliminant ainsi les défauts de pérovskite qui se produisent pendant la fabrication. Les cellules solaires pérovskites assurant une efficacité de 21,4 % avec une stabilité opérationnelle à long terme de plus de 1000 heures.
« La passivation a déjà été appliquée, mais jusqu’à présent, une couche bidimensionnelle (2D) de pérovskite se forme sur l’absorbeur de lumière traditionnel tridimensionnel (3D) pérovskite, ce qui rend difficile le déplacement des porteurs, en particulier à des températures plus élevées. Il est essentiel d’éviter cela car les cellules solaires deviennent chaudes », explique le co-auteur de l’invention, le chercheur en chef du KTU, le Dr Kasparas Rakštys.
Pour lutter contre ce problème, les chercheurs ont mené une étude qui a estimé l’énergie minimale requise pour former des pérovskites 2D. La surface de la couche de pérovskite 3D a été passivée par différents isomères d’iodure de phényl-éthyl ammonium synthétisés par KTU. Ces isomères ont la même formule moléculaire mais des arrangements d’atomes différents dans l’espace, déterminant la probabilité de formation de pérovskite 2D.
Des chercheurs de l’EPFL ont testé les matériaux dans des mini-modules solaires en pérovskite avec une surface active plus de 300 fois plus grande que les cellules solaires en pérovskite typiques à l’échelle du laboratoire. Ces mini-modules ont atteint un rendement record de conversion de l’énergie solaire de 21,4 %. La surface de la couche de pérovskite des mini-modules solaires record a été recouverte de matériaux développés par les chimistes du KTU.
« L’étude s’est avérée assez efficace pour prévenir les effets négatifs de la passivation sur les cellules solaires. Il a été découvert qu’un isomère avec les groupes de passivation les plus proches les uns des autres conduit à la passivation la plus efficace en raison de l’encombrement stérique qui évite la formation de pérovskite 2D. Fait intéressant, l’encombrement stérique est également utilisé comme outil dans différents domaines de la chimie pour prévenir ou ralentir les réactions indésirables », explique le chercheur du KTU.
Actuellement, les chercheurs du KTU travaillent avec des collègues d’autres pays pour produire des matériaux fonctionnels transportant des trous et de nouvelles compositions de pérovskite.
Crédit Photos : Université de technologie de Kaunas
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