fr.wedoany.com Rapport : Récemment, une équipe de recherche de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche (Institute of Science and Technology Austria) a découvert que la raison pour laquelle les cellules solaires à pérovskite, peu coûteuses et riches en défauts structurels, peuvent approcher l'efficacité de production d'électricité des cellules solaires au silicium traditionnelles réside dans le réseau de « parois de domaines » présent à l'intérieur des cristaux. Ces parois de domaines sont capables de séparer activement les électrons et les trous, empêchant leur recombinaison rapide, permettant ainsi un transport de charge efficace.
Dans la technologie solaire traditionnelle, la pureté des cristaux de silicium ne tolère pratiquement aucun défaut. Chaque défaut peut devenir un piège pour les charges, entraînant des pertes d'énergie. Par conséquent, la production de plaquettes de silicium adaptées aux cellules solaires nécessite un processus de raffinage coûteux et énergivore. En revanche, les cellules solaires à pérovskite suivent une voie complètement différente. Ces composés d'halogénure de plomb cultivés en solution sont intrinsèquement riches en défauts structurels. Bien que, selon la logique des matériaux au silicium, ce matériau ne devrait pas avoir de bonnes performances photovoltaïques, son efficacité n'a cessé d'augmenter au cours des 15 dernières années, approchant désormais le niveau des cellules en silicium monocristallin.
Pour résoudre cette contradiction, les chercheurs de l'ISTA, Dmytro Rak et Zhanybek Alpichshev, ont émis l'hypothèse qu'une force de champ électrique existe à l'intérieur des cristaux de pérovskite, capable de séparer activement les électrons et les trous, empêchant leur recombinaison. L'équipe a utilisé une technique optique non linéaire pour injecter des charges en profondeur dans le matériau et a testé. Ils ont constaté que, même sans tension externe, un courant de direction constante était produit à chaque fois, indiquant que le matériau lui-même possède la capacité de séparer les charges.
Les chercheurs ont ensuite utilisé des ions d'argent comme « sondes » pour révéler l'origine de cette force de séparation. Comme la pérovskite peut conduire des ions, Rak a introduit des ions d'argent dans le cristal, qui ont migré naturellement et se sont accumulés le long de limites structurelles spécifiques — les parois de domaines. Après avoir converti les ions d'argent en argent métallique, un réseau dense et interconnecté de parois de domaines est devenu clairement visible au microscope. Lorsqu'une paire de charges photo-générées se forme près d'une paroi de domaine, le champ électrique local tire immédiatement l'électron et le trou dans des directions opposées, les faisant se déplacer sur de longues distances le long de la paroi de domaine, se transformant ainsi en énergie électrique utilisable. Ce réseau de parois de domaines transforme ce qui était considéré comme un défaut structurel en une « infrastructure » permettant le fonctionnement efficace de l'ensemble du système.
Cette découverte offre une nouvelle perspective pour améliorer les performances des cellules solaires à pérovskite. Auparavant, la principale direction d'optimisation se concentrait sur l'ajustement de la composition chimique, tandis que cette étude pointe vers une voie entièrement nouvelle : optimiser le transport des charges en ingénierant directement la structure des parois de domaines à l'intérieur du cristal. Cette approche pourrait permettre d'améliorer encore l'efficacité des cellules solaires à pérovskite tout en maintenant un processus de préparation en solution à faible coût.
