Des physiciens prolongent la durée de vie des cellules solaires à base de pérovskite

Le silicium domine actuellement l’industrie commerciale des cellules solaires, offrant une combinaison attrayante de faible coût, de rendement élevé et de longue durée de vie.

Mais les pérovskites aux halogénures métalliques présentent une alternative prometteuse, comme l’ont prouvé à plusieurs reprises les chercheurs du Wright Center for Photovoltaics Innovation and Commercialization de l’Université de Toledo.

Les perovskites sont moins coûteuses et plus efficaces, comme l’ont démontré les chercheurs du Wright Center et leurs collaborateurs en utilisant des cellules solaires tandem entièrement en perovskite dans la revue Nature en 2022. Et leur durée de vie potentielle s’allonge, en partie grâce à une méthode innovante que les chercheurs du Wright Center ont développée pour augmenter leur durabilité et documentée en 2023 dans la revue Science

Les chercheurs du Wright Center se concentrent désormais sur la stabilité de ces cellules, dans un effort continu pour prolonger leur durée de vie opérationnelle et éliminer ce dernier obstacle à leur commercialisation.

Dans une nouvelle recherche publiée dans la revue Jouleils décrivent un ajustement de la structure chimique d’un composant clé d’une cellule tandem qui lui permet de générer de l’électricité en continu pendant plus de 1 000 heures.

« Les cellules tandem à base de pérovskite de pointe avec une couche de transfert de trous conventionnelle ne peuvent fonctionner en continu que pendant des centaines d’heures », a déclaré le Dr Zhaoning Song, co-auteur et professeur adjoint au département de physique et d’astronomie de l’UToledo.

« Notre innovation prolonge la stabilité de ces dispositifs, faisant progresser la technologie tandem entièrement en pérovskite et la rapprochant de l’application pratique. »

La couche de transfert de trous est un composant important d’une cellule solaire, qui dans sa forme la plus simple est constituée de deux semi-conducteurs superposés qui génèrent de l’électricité grâce à un déplacement complexe d’électrons. La couche de transfert de trous, qui collecte des particules chargées positivement appelées « trous », est essentielle à l’efficacité de ce processus de déplacement d’électrons.

Mais les chercheurs ont depuis longtemps remarqué une complication liée aux couches de transfert de trous des pérovskites étain-plomb à faible bande interdite : dans ce cas, la couche de transfert de trous conventionnelle réagit chimiquement avec le semi-conducteur, corrodant le panneau et entravant sa stabilité.

C’est un point important car les perovskites à faible bande interdite sont un composant essentiel d’une cellule solaire tandem entièrement perovskite, l’agencement de deux cellules solaires perovskites empilées l’une sur l’autre qui est attrayant pour les chercheurs car il augmente la puissance électrique totale générée par l’unité. Les cellules solaires tandem entièrement perovskites intègrent une cellule supérieure à large bande interdite et une cellule inférieure à faible bande interdite, s’appuyant sur une partie différente du spectre solaire pour produire de l’électricité.

Dans la recherche publiée dans JouleLes chercheurs ont identifié la source de la corrosion dans les cellules à faible bande interdite et ont introduit une couche de transfert de trous non conventionnelle avec un groupe caroboxyle avec une constante de dissociation acide plus élevée. Cette nouvelle couche de transfert de trous supprime le processus de déprotonation qui provoque la corrosion et prolonge finalement la durée de vie de l’unité tandem à plus de 1 000 heures avec une perte d’efficacité inférieure à 3 %.

« Les physiciens de l’UToledo s’engagent à faire progresser la technologie des cellules solaires à pérovskite, qui, selon nous, promet d’être une alternative moins coûteuse et plus efficace au silicium alors que nous nous tournons vers un avenir décarboné », a déclaré le Dr Yanfa Yan, auteur principal et professeur émérite de l’université au département de physique et d’astronomie.

« C’est une avancée passionnante, mais il reste encore des obstacles à surmonter avant que les cellules solaires tandem entièrement en pérovskite n’atteignent le marché commercial. »