fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) a développé un nouveau type de cellule solaire tandem pérovskite-organique qui maintient des performances stables même lorsqu'une partie de sa surface est ombragée. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Materials.

Les recherches montrent que cette cellule solaire à couche mince conserve plus de 90 % de son efficacité initiale après avoir subi une tension de polarisation inverse allant jusqu'à -40 volts. En général, une telle tension de polarisation inverse endommage les cellules solaires à couche mince standard. Lorsque des arbres, des nuages, des bâtiments ou des oiseaux bloquent la lumière du soleil, les panneaux solaires peuvent subir un stress de polarisation inverse, cette tension négative réduisant la production d'énergie et pouvant causer des dommages permanents aux cellules à couche mince. L'équipe de PolyU indique que la nouvelle conception résiste mieux à ce problème, rapprochant ainsi cette technologie d'une application pratique.

Les technologies de cellules solaires à couche mince, telles que le tellurure de cadmium, le cuivre-indium-gallium-sélénium, la pérovskite et les cellules solaires organiques, sont populaires en raison de leur légèreté, de leur flexibilité et de leur faible coût de fabrication. Cependant, lorsqu'une partie du panneau est ombragée, les cellules ombragées génèrent une tension négative, exerçant un stress sur le matériau. Ces cellules solaires transportent à la fois des électrons et des ions, et un état prolongé de polarisation inverse réduit les performances et finit par entraîner des dommages. L'équipe a découvert que les dommages proviennent de défauts appelés états de piège profonds (deep trap states), présents dans la couche génératrice d'électricité, l'hétérojonction volumique (bulk heterojunction). Ces défauts capturent les charges, réduisant l'efficacité et augmentant le risque de dommages permanents lors du fonctionnement en polarisation inverse.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont supprimé les amas d'accepteurs isolés (isolated acceptor clusters) dans la zone de mélange donneur-accepteur de la cellule solaire, réduisant ainsi le nombre d'états de piège profonds et rendant le dispositif plus durable. La nouvelle cellule solaire organique peut supporter une tension de claquage supérieure à -35 volts, établissant une nouvelle norme en matière de stabilité et d'efficacité pour les cellules solaires organiques.

Les recherches montrent également que la cellule solaire organique améliorée peut protéger la couche de pérovskite dans les cellules solaires tandem n-i-p pérovskite-inorganique-organique, en empêchant les dommages pendant l'ombrage grâce à l'inhibition du tunnel inverse (reverse tunneling). Même après avoir subi une tension de -40 volts, la cellule solaire tandem conserve plus de 90 % de son efficacité initiale. Ces dispositifs ont maintenu 90 % de leur efficacité initiale après 12 heures de fonctionnement sous une tension de -20 volts, et 97 % de leur efficacité après 2 000 heures (environ 83 jours) de fonctionnement sous une tension de -4,5 volts. Les chercheurs affirment que ces résultats surpassent ce que les technologies actuelles de cellules solaires à couche mince peuvent atteindre.

Le professeur Li Gang, titulaire de la chaire de conférence sur les technologies de conversion énergétique au Département de génie électrique et électronique de PolyU, a déclaré que l'équipe a réalisé des progrès significatifs dans la stabilité des cellules solaires organiques et des cellules solaires tandem pérovskite-organique dans des conditions de polarisation inverse difficiles, apportant une contribution révolutionnaire à la compréhension du fonctionnement et de la durabilité des dispositifs. Ces nouveaux travaux s'appuient sur les recherches précédentes de l'équipe, publiées en 2025 dans Nature Energy. Dans cette étude précédente, ils avaient développé des cellules solaires tandem n-i-p pérovskite-inorganique-organique avec une efficacité de conversion de puissance de 25,9 %, certifiée indépendamment à 25,1 % grâce à la modulation du contact inférieur. Dans cette nouvelle étude, l'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires tandem dépasse 26 %, avec une résistance accrue au stress de polarisation inverse, rapprochant ainsi cette technologie de son utilisation dans des modules solaires réels.