fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche composée de scientifiques de l'Université de Corée, de l'Université de Toledo et de l'Université nationale de Séoul a construit une cellule solaire tridimensionnelle à pérovskite qui, dans des conditions de test en laboratoire, a dépassé un rendement de 26 % et une durée de vie opérationnelle de plus de 24 000 heures. L'étude a utilisé des pérovskites à halogénures, un matériau jusqu'alors difficile à fabriquer.

Alors que les cellules solaires à base de silicium atteignent leur potentiel maximal de conversion d'énergie, les scientifiques se tournent vers la pérovskite, un matériau capable non seulement de réaliser des cellules solaires à plus haut rendement, mais aussi de les rendre plus économiques. Le professeur Jun Hong Noh de l'Université de Corée étudie un concept de cellule solaire où les couches de transport de charge sont placées de part et d'autre de la couche absorbante pour passiver les surfaces et les interfaces. Cette méthode a déjà été utilisée pour les cellules solaires à hétérojonction de silicium (HIT), mais l'idée de Noh utilisait des pérovskites à halogénures, plus difficiles à fabriquer.

Pour surmonter les défis structurels, Noh et ses collègues se sont tournés vers des pérovskites à halogénures bidimensionnelles (2D) à large bande interdite. En mettant en contact un film 2D avec un film 3D et en appliquant chaleur et pression, les chercheurs ont fait croître une couche 2D cristalline à la surface du matériau 3D. L'équipe a découvert que le simple contact des matériaux 2D et 3D modifiait les propriétés optiques de la couche 3D, y compris sa photoluminescence, même sans chaleur ni pression. « Il est intéressant de noter que ces changements sont réversibles et dépendent fortement du cation organique », a déclaré Noh dans un communiqué de presse. « Nous avons été vraiment enthousiasmés lorsque nous avons découvert que cette interaction de contact influence significativement la transition de phase dans la pérovskite 3D et qu'elle provient de l'interaction entre les cations organiques des couches 2D et 3D. »

Les chercheurs ont émis l'hypothèse qu'un traitement thermique des deux films déjà en contact pourrait entraîner une évolution structurelle de la couche 3D. Pour vérifier cette hypothèse, l'équipe l'a appliquée à des films de pérovskite FAPbI₃, qui présentent généralement des problèmes de cristallisation imparfaite. Lorsque les paramètres de maille du film étaient très proches des valeurs théoriques calculées par l'équipe, l'hypothèse s'est avérée correcte. Même la poudre de film FAPbI₃ fabriquée par l'équipe de recherche a conservé une phase plus stable que le FAPbI₃ fabriqué par des méthodes conventionnelles. « La perte de rendement provient des états de piège à la surface et dans le volume, qui sont directement liés aux défauts. De même, il est connu que la transition de phase commence aux défauts. Par conséquent, atteindre une structure cristalline quasi parfaite est l'un des défis les plus critiques dans ce domaine », a ajouté Noh.

Les chercheurs ont intégré leurs films de pérovskite dans des cellules solaires conventionnelles et ont constaté une amélioration du rendement à 26,25 %, avec une durée de vie opérationnelle de 24 000 heures démontrée lors de tests accélérés. Ce procédé de contact de films 2D/3D est hautement évolutif et peut être utilisé pour fabriquer des films de plus grande surface avec moins de défauts. L'équipe travaille actuellement à l'application de cette méthode aux cellules solaires tandem entièrement en pérovskite, où une pérovskite à faible bande interdite doit être déposée à basse température sur une couche à large bande interdite. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans « Nature Energy ».

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