fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université de Soochow (Soochow University) en Chine a conçu une couche d'interface bimoléculaire pour les cellules solaires à pérovskite inversées, en co-assemblant deux molécules à base de carbazole. Cette couche permet d'atteindre une efficacité de conversion de puissance de 27,3 % sous un éclairage standard. L'interface vise à contrôler la chimie et la structure de l'interface en verrouillant l'ordre moléculaire, en réduisant les défauts et les contraintes, permettant ainsi une extraction de charge plus efficace pour obtenir des cellules solaires stables et performantes.
Les cellules à pérovskite inversées adoptent une structure de dispositif p-i-n, où la couche de contact sélective aux trous se trouve en dessous de la couche de pérovskite intrinsèque, et la couche de transport d'électrons au-dessus ; les cellules à pérovskite halogénure traditionnelles ont une disposition n-i-p, avec un ordre inversé. Les chercheurs indiquent que l'approche bimoléculaire vise à améliorer l'ordre moléculaire et la passivation, à supprimer les défauts et l'instabilité chimique à l'interface entre la pérovskite et la couche de transport, tout en renforçant l'extraction de charge et en réduisant les pertes non radiatives.
La stratégie de recherche consiste à ajouter du trifluorométhanesulfonate de 9H-carbazol-2-yle (CzOTf) à la couche de transport de trous fabriquée à partir d'acide phosphonique (méthylcarbazole substitué, Me-4PACz). Le CzOTf ne remplace pas la couche de transport de trous existante, mais se co-assemble avec le Me-4PACz à l'interface entre l'oxyde de nickel (NiOx) et la pérovskite, s'intégrant dans la structure monocouche moléculaire. Cette addition permet des fonctions complémentaires : le Me-4PACz maintient un contact sélectif aux trous efficace et s'ancre au NiOx, tandis que le CzOTf améliore l'empilement moléculaire, augmente la couverture de surface et introduit des fonctions chimiques supplémentaires via le groupe sulfonate. Ensemble, ils forment une couche d'interface plus uniforme et à forte interaction, améliorant le couplage électronique, la passivation des défauts et la stabilité de l'interface. La microscopie électronique à balayage (SEM) montre que la pérovskite de contrôle à base de Me-4PACz présente des défauts de piqûres et des discontinuités généralisés à l'interface inférieure, tandis que le film régulé par CzOTf forme une couche d'interface plus dense, plus compacte et sans piqûres. L'équipe de recherche indique que la régulation par CzOTf permet de libérer les contraintes de traction dans le film de pérovskite.
Le dispositif adopte une structure inversée standard n-i-p, basée sur un substrat conducteur transparent en oxyde d'étain dopé au fluor (FTO), recouvert d'une couche de transport de trous en NiOx, puis modifié par la couche d'interface co-assemblée Me-4PACz+CzOTf, avant le dépôt de la couche absorbante en pérovskite, de la couche de transport d'électrons en fullerène (C60), d'une fine couche tampon en bathocuproïne (BCP), et enfin de l'électrode arrière en argent (Ag) par évaporation thermique. Les tests montrent que la cellule atteint une efficacité de conversion de puissance de 27,3 %, une tension en circuit ouvert de 1,185 V, une densité de courant de court-circuit de 26,30 mA cm² et un facteur de remplissage de 87,64 %. Le dispositif de référence sans l'approche bimoléculaire présente une efficacité de 26,20 %, une tension en circuit ouvert de 1,172 V, une densité de courant de court-circuit de 26,05 mA cm² et un facteur de remplissage de 85,79 %. En agrandissant la cellule à pérovskite modifiée par CzOTf à une surface active de 766 cm², elle démontre une efficacité de conversion de puissance de 21,54 %, une tension en circuit ouvert de 50,93 V, un courant de court-circuit de 0,4040 A et un facteur de remplissage de 80,20 %.
En termes de stabilité, après 2000 heures d'éclairage continu, la cellule solaire à pérovskite régulée par CzOTf conserve 92 % de son efficacité initiale. Le module de grande surface régulé par CzOTf fonctionne de manière stable pendant 35 jours en extérieur, sans dégradation. L'article sur cette nouvelle architecture de cellule a été publié dans Science Advances, sous le titre « Atteindre 27,3 % de rendement pour les dispositifs photovoltaïques à pérovskite grâce à un contact bimoléculaire verrouillé par interface ».
