fr.wedoany.com Rapport : L'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée (TNO) et l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (Fraunhofer ISE) ont mené un test en extérieur d'un an pour mesurer les performances de la technologie solaire à pérovskite en conditions réelles. L'étude révèle que plusieurs facteurs entraînent une dégradation significative de la pérovskite.

Les chercheurs ont utilisé une cellule solaire triple jonction pérovskite/pérovskite/silicium d'une surface de 1 cm × 1 cm pour les tests. L'auteur correspondant, Petra Manshanden, a déclaré à pv magazine que le choix d'une cellule triple jonction s'explique par son rendement théorique maximal plus élevé et par l'absence de données sur une exposition prolongée en extérieur pour ce type de dispositif. La cellule testée est une cellule tandem triple jonction monolithique, composée d'une cellule inférieure en silicium hétérojonction de type p et de deux sous-cellules à pérovskite empilées. La face arrière du substrat de silicium est texturée et dotée d'un contact métallique arrière fermé, servant d'absorbeur infrarouge proche. Une cellule intermédiaire à pérovskite de 1,56 électron-volt a été déposée sur de l'oxyde d'indium-étain (ITO), utilisant du poly(bis(4-phényl)(2,4,6-triméthylphényl)amine) et du poly(9,9-bis(3′-(N,N-diméthylamino)propyl)-2,7-fluorène)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorène) comme couches de transport de trous, et du fullerène (C60) avec de l'oxyde d'étain (SnOx) comme empilement de transport d'électrons. Une deuxième couche d'interconnexion en ITO sépare la cellule intermédiaire de la cellule supérieure, qui utilise une monocouche auto-assemblée appelée 2PACz et un absorbeur à pérovskite à large bande interdite. La cellule supérieure extrait également les électrons via C60 et SnOx, et est complétée par une couche d'ITO et un contact en argent (Ag) évaporé. La surface du dispositif est recouverte d'un revêtement antireflet en fluorure de magnésium (MgF₂).

La station de test en extérieur est située à Petten, aux Pays-Bas. Les modules de test sont installés sur le toit, orientés au sud, avec une inclinaison fixe de 30° et un albédo local de 10 %, afin d'optimiser la production annuelle d'énergie. Les mesures en extérieur du premier mois montrent des performances globalement équivalentes le matin et l'après-midi, avec seulement des différences transitoires précoces qui disparaissent après une phase de stabilisation initiale. La surveillance à long terme révèle deux phases de dégradation : le rendement passe d'environ 17 à 18 % initialement à environ 15 % en mars, puis à environ 13 à 14 % en avril, avant de continuer à diminuer. La première phase de dégradation est principalement attribuée à des pertes de tension, tandis que la seconde est liée au délaminage des couches d'encapsulation, entraînant une réduction de la collecte de courant et du couplage optique.

L'analyse microscopique confirme que le délaminage se produit à l'intérieur de l'empilement d'encapsulation, et non au niveau des jonctions actives, ce qui indique un problème de défaillance mécanique ou d'adhésion entre les couches, plutôt qu'une infiltration d'humidité. Les analyses EQE et J-V montrent en outre que la perte de performance ne peut être attribuée à un changement de bande interdite ou à une dégradation intrinsèque de l'absorbeur, mais plutôt à des pertes liées aux interfaces et aux chemins de shunt. Les images de photoluminescence et d'électroluminescence après une exposition prolongée révèlent une forte inhomogénéité spatiale, la couche intermédiaire de pérovskite dominant le flux de courant tandis que la jonction supérieure est considérablement affaiblie, confirmant que le shunt partiel et la dégradation non uniforme sont des modes de défaillance clés de l'empilement de la cellule.

Les tests de fiabilité en intérieur confirment que le dispositif présente une bonne stabilité à la chaleur humide dans des conditions de scellement des bords, mais subit des pertes significatives sous cycles thermiques et irradiation UV, cette dernière entraînant une dégradation d'environ 65 %. Globalement, malgré la dégradation et les effets d'hystérésis, le dispositif atteint un rendement annuel moyen d'environ 10 %, et ses performances dépendent fortement de l'irradiance et des variations spectrales. Manshanden explique que l'échantillon atteint 80 % de son rendement de conversion de puissance initial après cinq mois de fonctionnement en extérieur, et 50 % après sept mois. L'analyse précoce de la dégradation indique que la jonction supérieure est le composant le plus instable de l'empilement. Parallèlement, la jonction intermédiaire, qui limitait initialement la génération de courant, présente des shunts partiels localisés en bordure en cours de fonctionnement. D'autres pertes sont attribuées à la dégradation des couches de transport de charges, probablement due à un fonctionnement continu à haute température.

Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue « RRL Solar », sous le titre « One Year of Outdoor Performance of Perovskite/Perovskite/Silicon Triple-Junction Solar Cell ». Manshanden conclut que ces découvertes aident à comprendre les mécanismes de dégradation et favorisent le développement de dispositifs de nouvelle génération plus stables, des tests étant en cours.