Une nouvelle conception résout la stabilité et l’efficacité des cellules solaires à pérovskite

Des chercheurs de l’EPFL et de l’Université Northwestern ont dévoilé une conception révolutionnaire pour les cellules solaires à pérovskite, créant l’un des PSC les plus stables avec un rendement de conversion d’énergie supérieur à 25 %, ouvrant la voie à une commercialisation future.

Les cellules solaires à pérovskite (PSC) sont à la pointe de l’innovation en matière d’énergie solaire et ont attiré beaucoup d’attention pour leur efficacité de conversion d’énergie et leur fabrication rentable. Mais la commercialisation des PSC a encore un obstacle à surmonter : atteindre à la fois une efficacité élevée et une stabilité à long terme, en particulier dans des conditions environnementales difficiles.

La solution réside dans l’interaction entre les couches de CSP, qui s’est avérée être une arme à double tranchant. Les couches peuvent améliorer les performances des cellules, mais aussi les amener à se dégrader trop rapidement pour une utilisation régulière dans la vie quotidienne.

Aujourd’hui, une collaboration entre les laboratoires de Michael Grätzel de l’EPFL et Edward Sargent de la Northwestern University a permis de réaliser un pas de géant dans la conception de PSC offrant une stabilité record et une efficacité de conversion d’énergie supérieure à 25 %, répondant à deux des défis les plus urgents du secteur de l’énergie solaire. . La recherche est publiée dans Énergie naturelle.

Les chercheurs se sont concentrés sur la conception de PSC inversés, qui se sont déjà révélés prometteurs en termes de stabilité opérationnelle. Ils ont introduit une « monocouche conforme auto-assemblée sur des substrats texturés » unique, qui décrit une couche unique spéciale de molécules qui recouvre spontanément et uniformément la surface irrégulière d’un substrat texturé.

La nouvelle conception s’attaque au problème de « l’agglomération moléculaire », qui se produit lorsque les molécules s’agglutinent au lieu de se répartir uniformément. Lorsque cela se produit sur les surfaces texturées des cellules solaires, cela peut sérieusement affecter leurs performances.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont introduit une molécule spéciale appelée acide 3-mercaptopropionique (3-MPA) dans la monocouche auto-assemblée (SAM) des cellules solaires formée par une couche moléculaire d’acides phosphoniques remplacée par du carbazole, qui extrait sélectivement la charge positive. des supports (« trous ») qui sont produits sous illumination dans les films de pérovskite.

Cependant, ce rôle est compromis par l’agrégation des molécules PAC. L’ajout de 3-MPA améliore le contact entre le matériau pérovskite et le substrat texturé de la cellule solaire pour améliorer les performances et la stabilité, lui permettant de démonter les amas moléculaires de carbazole et assurant une répartition plus uniforme des molécules dans la monocouche auto-assemblée. Grâce à cet ajout, les molécules à la surface de la cellule solaire se répartissent plus uniformément, évitant ainsi ces amas problématiques et améliorant la stabilité et l’efficacité globales du PSC.

La nouvelle conception améliore l’absorption de la lumière tout en minimisant les pertes d’énergie à l’interface entre les couches, conduisant à un rendement de conversion de puissance mesuré en laboratoire d’un impressionnant 25,3 %. En termes de stabilité, les PSC inversés ont fait preuve d’une résilience remarquable. L’appareil a conservé 95 % de ses performances maximales même après avoir été soumis à des conditions rigoureuses de 65 °C et 50 % d’humidité relative pendant plus de 1 000 heures. Ce niveau de stabilité, combiné à une efficacité aussi élevée, est sans précédent dans le domaine des PSC.

Cette conception révolutionnaire constitue une avancée significative dans la mise sur le marché des PSC ; résoudre à la fois leurs problèmes d’efficacité et de stabilité, combinés à leurs coûts de fabrication inférieurs par rapport aux cellules solaires actuelles, peut conduire à une adoption généralisée. La nouvelle méthode peut également aller au-delà des cellules solaires et bénéficier à d’autres dispositifs optoélectroniques nécessitant une gestion efficace de la lumière, tels que les LED et les photodétecteurs.