fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'Université de Technologie de Kaunas (KTU), en Lituanie, ont porté l'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires tandem à pérovskite à plus de 29 % en modifiant une couche moléculaire ultra-mince qui transporte les porteurs de charge positifs à l'intérieur du dispositif.

Les scientifiques de cette université, en collaboration avec des partenaires internationaux, ont établi des interfaces plus stables entre les différentes couches des cellules solaires, réduisant ainsi la corrosion entre les couches et permettant aux cellules de maintenir une efficacité et des performances élevées. Le Dr Kasparas Rakštys, chercheur à la KTU, explique que la cellule solaire peut être considérée comme un « sandwich » multicouche, chaque couche étant constituée d'un matériau différent et remplissant une fonction spécifique ; les couches doivent être parfaitement interconnectées pour que le dispositif fonctionne efficacement.

Les cellules solaires à pérovskite sont des dispositifs photovoltaïques à couche mince utilisant un matériau pérovskite comme couche active. Elles sont considérées comme une technologie énergétique prometteuse en raison de leur légèreté, de leur flexibilité et de leur coût de fabrication relativement faible. Cependant, les performances de ces cellules peuvent se dégrader lorsqu'elles sont exposées à l'humidité, à l'oxygène et à la chaleur, et les problèmes aux interfaces entre les couches peuvent affecter considérablement les performances du dispositif. Auparavant, les scientifiques s'appuyaient généralement sur des couches moléculaires auto-assemblées (SAM) introduites en 2018 pour transporter les charges ; ces fines couches moléculaires agissent comme une « colle moléculaire » qui transporte les trous (porteurs de charge positifs) vers l'électrode. Cependant, Rakštys souligne que ces molécules sont acides et corrodent progressivement les couches adjacentes, créant des défauts à l'interface qui entravent le transport des charges, ce qui réduit l'efficacité des cellules et raccourcit leur durée de vie opérationnelle.

Pour remédier à ce problème, les chercheurs ont modifié la partie des molécules SAM qui se fixe à la couche de contact en oxyde métallique : ils ont converti la forme acide conventionnelle en une forme de sel ionique. Les molécules de sel formées après neutralisation chimique n'attaquent plus les couches adjacentes, tout en conservant une liaison tout aussi solide avec la surface de l'oxyde métallique. De plus, cette molécule est soluble dans l'eau, ce qui permet de déposer la couche sans recourir à des solvants toxiques. Bien qu'elle ne fasse que quelques nanomètres d'épaisseur, la couche modifiée a un impact significatif sur l'efficacité du transport des charges.

Pour vérifier la faisabilité pratique de cette méthode, l'équipe de recherche, en collaboration avec des partenaires chinois, a démontré que cette approche est applicable aux modules de grande surface, produisant des revêtements uniformes et de haute qualité adaptés à des tests plus proches des scénarios réels. Cette méthode a également été validée dans des cellules solaires tandem à pérovskite — ces cellules utilisent différentes couches absorbantes pour capter une partie plus large du spectre solaire. Grâce à cette nouvelle méthode, l'équipe a atteint une efficacité de conversion de puissance supérieure à 29 % dans les cellules solaires tandem à pérovskite. Rakštys indique qu'il s'agit de l'une des valeurs les plus élevées jamais rapportées à ce jour.

L'équipe de recherche estime que cette technologie pourrait à l'avenir être utilisée pour développer des dispositifs solaires plus polyvalents, tels que des cellules intégrées aux façades de bâtiments, aux fenêtres et aux textiles. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue Nature Communications, et l'équipe a déposé un brevet pour cette technologie et poursuit sa commercialisation.