fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université des Sciences et Technologies de Hong Kong a conçu une cellule solaire tandem tout-perovskite totalement exempte de PEDOT:PSS, atteignant un rendement de conversion de 29,1 % en utilisant une monocouche d'acide phosphonique fonctionnalisée par la phénothiazine comme couche de transport de trous. Le PEDOT:PSS, un mélange de polymères conducteurs, est largement utilisé comme couche de transport de trous en raison de sa haute transparence, de sa bonne conductivité des trous et de son travail de sortie approprié, mais son acidité et son hygroscopicité dégradent les couches sensibles de pérovskite dans les cellules tandem, affectant l'efficacité à long terme et la stabilité opérationnelle.
Pour surmonter ce défi, l'équipe de recherche a révélé, par caractérisation in situ, le chemin de cristallisation instable induit par le PEDOT:PSS dans les films de pérovskite mixte étain-plomb, et a remplacé le PEDOT:PSS par une monocouche auto-assemblée fonctionnalisée par la phénothiazine (abrégée 4PAPT). Comparé au PEDOT:PSS, le 4PAPT permet une cristallisation plus rapide, plus directe et plus uniforme de la pérovskite, inhibe la formation de la phase intermédiaire iodure d'étain-diméthylsulfoxyde (SnI₂–DMSO), améliore l'orientation cristalline et la stabilité de l'interface, réduisant ainsi la densité de défauts et renforçant le transport des porteurs.
La cellule solaire tandem tout-perovskite monolithique à deux bornes développée par l'équipe utilise une architecture de dispositif empilée sur une électrode transparente en oxyde d'indium-étain (ITO). La cellule inférieure comprend une couche absorbante de pérovskite à large bande interdite (WBG), interconnectée via un dérivé naphtalène à base de carbazole (CbzNaph) comme couche de sélection de trous, suivie d'une couche de transport d'électrons en fullerène (C60), d'une couche de dioxyde d'étain déposée par couche atomique (ALD-SnO₂) comme couche composite, et recouverte d'une électrode en or (Au). La cellule supérieure utilise le 4PAPT comme interface de transport de trous, combinée à une couche absorbante de pérovskite à bande interdite étroite (NBG), une couche de transport d'électrons en C60, une couche de blocage des excitons en bathocuproïne (BCP) et une électrode arrière en argent (Ag). La cellule simple à bande interdite étroite basée sur le 4PAPT atteint un rendement de 23,2 %, tandis que la cellule tandem tout-perovskite sans PEDOT:PSS atteint un rendement de conversion de 29,1 %, la valeur la plus élevée actuellement pour ce type. Après 800 heures de suivi du point de puissance maximale sous un éclairage solaire simulé à environ 40 °C, le dispositif encapsulé conserve 90 % de son efficacité initiale.
Le chercheur principal de l'étude, Fengzhu Li, souligne que la stratégie d'interface moléculaire a permis d'améliorer l'efficacité des cellules simples à bande interdite étroite et d'étendre cette stratégie aux cellules tandem. Le co-auteur Yen-Hung Lin insiste sur le fait que l'instabilité du PEDOT:PSS n'est pas seulement un problème de matériau, mais affecte également la formation du film de pérovskite à l'interface enterrée ; le remplacement par une monocouche auto-assemblée conçue moléculairement permet de contrôler la cristallisation dès le départ. Cette étude a été publiée dans la revue Joule, sous le titre « Interface-mediated crystallization enables PEDOT:PSS-free all-perovskite tandems with 29.1% efficiency and enhanced durability ».
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