L'ingénierie à double molécule d'institutions chinoises permet d'atteindre un rendement de 27,31 % pour les cellules solaires pérovskites inversées

fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de plusieurs institutions de Chine continentale et de Hong Kong ont rapporté une stratégie d'ingénierie d'interface à double molécule pour les cellules solaires pérovskites inversées (p–i–n), atteignant un rendement certifié de 27,31 %. Cette méthode combine la monocouche auto-assemblée d'acide phosphonique Me-4PACz avec un modificateur synergique, le triflate de 9H-carbazol-2-yle (CzOTf), formant une couche moléculaire mixte et verrouillée à l'interface NiOx/pérovskite. Le CzOTf est conçu pour stabiliser l'extraction de charge, passiver les défauts liés au plomb enfouis, et atténuer les contraintes de traction susceptibles de détériorer la cristallisation de la pérovskite et la dégradation de l'interface, tout en supprimant les voies de perte redox induites par Ni3+.

Le dispositif optimisé a obtenu un rendement certifié de 27,31 % (meilleur dispositif à 27,32 %), 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 CzOTf a atteint un rendement de 26,20 %. L'application de cette stratégie a été étendue aux cellules tandem pérovskite/silicium HJT (32,84 %) et aux modules de grande surface de 766 cm² (21,54 %). En termes de stabilité, le dispositif a conservé 92 % de son rendement après 2000 heures d'éclairage continu, et le module a pu fonctionner de manière stable en extérieur pendant 35 jours.

Le Me-4PACz, une molécule à base d'acide phosphonique, s'ancre à la surface du NiOx via des groupes phosphonate pour former une couche interfaciale monocouche dense, résistant à la désorption et verrouillant les propriétés chimiques de l'interface. Ses sites fonctionnels de type carbazole pour les interactions électroniques/charges permettent de passiver les pièges interfaciaux électroactifs NiOx-pérovskite, réduisant ainsi la recombinaison non radiative. Cette monocouche interfaciale améliore également la mouillabilité et le contact à l'interface NiOx/pérovskite, favorisant une nucléation plus uniforme de la pérovskite. La coordination du Me-4PACz inhibe la formation de plomb sous-coordonné et d'autres défauts profonds près de la surface, réduisant les voies de recombinaison assistées par pièges. Le CzOTf complète l'action du Me-4PACz en s'appariant à l'environnement chimique de l'interface via ses fonctionnalités liées à l'anion sulfonate et sa partie carbazole, stabilisant davantage les états de défauts proches de la surface de la pérovskite et contribuant à neutraliser les sites de déséquilibre de charge enfouis formés pendant le fonctionnement. La bicouche améliore l'extraction de charge en régulant les niveaux d'énergie à l'interface, atténue le désaccord mécanique à l'interface NiOx/pérovskite et agit comme une barrière contre la migration ionique, réduisant ainsi la dégradation redox à la jonction. Le contact NiOx/pérovskite ainsi formé maintient la qualité cristalline et ralentit la dégradation interfaciale sous éclairage continu et en conditions extérieures.