L'Université de La Corogne en Espagne révèle que la couche de contact en argent provoque une dégradation précoce des cellules pérovskites lors de leur fabrication

fr.wedoany.com Rapport : Une étude internationale à laquelle a participé le groupe udcsolids du Centre interdisciplinaire de chimie et biologie (CICA) de l'Université de La Corogne (Universidade da Coruña) en Espagne a révélé que, lors de la fabrication des cellules solaires à pérovskite, des réactions chimiques et des mouvements d'ions se produisent entre les différentes couches internes, et que certains matériaux de contact métalliques couramment utilisés peuvent déclencher la dégradation de la cellule dès les premiers stades de fabrication.

Cette étude s'attaque à un obstacle à la commercialisation des cellules solaires à pérovskite. L'équipe de recherche a reproduit les interfaces internes de la cellule dans des conditions hautement contrôlées et a analysé couche par couche les changements physico-chimiques au cours de l'assemblage. Les résultats montrent l'existence de mouvements d'ions à l'intérieur du dispositif, ainsi que de réactions chimiques capables de modifier la structure de la pérovskite, un matériau clé responsable de l'absorption de la lumière et de la production d'électricité.

L'équipe de recherche a construit un dispositif modèle sur un monocristal de pérovskite à base d'iodure de plomb, en déposant successivement par évaporation thermique les couches fonctionnelles courantes : une couche organique de transport d'électrons, une couche organique servant de barrière, et une couche d'argent servant de contact métallique. Les mesures spectroscopiques ont montré que ces couches réajustent leurs niveaux d'énergie au contact, un processus favorable au transport de charges.

En ce qui concerne la stabilité, la couche organique forme une interface chimiquement stable, mais l'argent dégrade la pérovskite et génère du plomb métallique. L'étude confirme qu'une barrière organique suffisamment épaisse peut atténuer cette dégradation, car elle agit comme une couche protectrice et retient une partie de l'argent. Cependant, le matériau de transport permet toujours le passage des ions de plomb et d'iode, qui migrent de la pérovskite vers le contact métallique et s'y accumulent.

L'utilisation de monocristaux a permis d'étudier la stabilité intrinsèque de la pérovskite, minimisant ainsi l'influence des défauts et des joints de grains présents dans les couches minces. L'étude souligne également que la dégradation se produit pendant le processus d'assemblage, sans nécessiter d'exposition à l'environnement, et qu'elle affecte également d'autres pérovskites similaires.

Cette étude met en évidence la nécessité de protéger la couche absorbante et de développer des stratégies visant à bloquer la migration des ions tout en maintenant un alignement favorable des niveaux d'énergie. L'étude confirme que certaines couches protectrices peuvent réduire une partie de ces processus de dégradation, fournissant ainsi des informations utiles pour concevoir des dispositifs plus stables et plus durables.

Alberto García a indiqué que, pour appliquer ces résultats à l'industrie photovoltaïque, la fabrication de panneaux solaires à pérovskite de type p-i-n devrait privilégier l'optimisation de l'épaisseur des couches, car il a été démontré que cela est essentiel pour prévenir la dégradation. Il a également recommandé aux fabricants de développer des couches de transport moins perméables afin d'atténuer la migration des ions, un processus de dégradation qui commence dès l'assemblage des couches supérieures.

García a déclaré que la conception industrielle évoluera vers un contrôle plus strict des interfaces, afin de maximiser le réalignement favorable des niveaux d'énergie entre les matériaux de contact, améliorant ainsi l'efficacité et la stabilité opérationnelle à long terme. Il ne sait pas si des entreprises du secteur ont contacté l'université pour explorer les applications industrielles de ces résultats.

García a conclu que ces résultats montrent que la méthode de fabrication d'un dispositif a un impact direct sur ses performances et sa durée de vie. À l'avenir, il sera essentiel d'optimiser les couches qui composent le dispositif, de mieux contrôler les interfaces entre les différents matériaux et de développer des structures plus stables pour réduire les processus de dégradation, autant d'éléments qui contribueront à obtenir des dispositifs plus efficaces, plus durables et plus fiables.

Cette étude a été réalisée par l'Université de La Corogne en collaboration avec l'Université d'Uppsala (Uppsala University) en Suède, et a été publiée dans la revue scientifique ESS Solar sous le titre « Energetics and chemistry at electron selective interfaces for p-i-n perovskite solar cells: an in situ investigation » (Énergétique et chimie aux interfaces sélectives d'électrons pour les cellules solaires à pérovskite p-i-n : une étude in situ).