Les consommateurs du monde entier exigent des sources d'énergie plus vertes; donc, l'optimisation des performances et de la viabilité économique des cellules solaires est un axe de recherche important. L'amélioration de l'efficacité des cellules solaires à pérovskite a été une priorité particulière; cependant, moins d'accent a été mis sur la compréhension de ce qui détériore les performances de la cellule. Maintenant, Les récentes découvertes de chercheurs de l'Université de Tsukuba fournissent une étude au niveau microscopique des cellules solaires à pérovskite pour combler le manque de connaissances.

Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques sont des matériaux intéressants à utiliser dans les cellules solaires car elles sont faciles et peu coûteuses à préparer et à absorber la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde. Les cellules solaires qui utilisent des couches de pérovskite comme matériau photoactif sont continuellement améliorées, avec un accent particulier sur leur efficacité de conversion de puissance (PCE), qui peut désormais dépasser 25 %.

Cependant, se concentrer uniquement sur l'amélioration des PCE pourrait amener les chercheurs à manquer les avancées significatives qui pourraient résulter d'une compréhension plus détaillée des mécanismes sous-jacents. Par exemple, la question de savoir ce qui cause la détérioration des performances des cellules solaires à pérovskite est une question importante à laquelle il n'a pas été répondu de manière exhaustive.

Des facteurs externes tels que l'oxygène et l'humidité de l'air sont connus pour compromettre les couches de pérovskite. Cependant, les changements internes qui affectent les performances des cellules ne sont pas aussi bien compris. Les chercheurs ont donc sondé le mécanisme de détérioration à l'aide de la spectroscopie par résonance de spin électronique (ESR).

« Nous avons effectué une spectroscopie ESR sur des cellules solaires à pérovskite pendant leur utilisation, qui nous a donné une image en temps réel des changements au niveau moléculaire, », explique l'auteur correspondant de l'étude, le professeur Kazuhiro Marumoto. « Plus précisément, nous avons constaté les charges et défauts, et les états de spin associés, dans les couches de cellules solaires pendant que les caractéristiques courant-tension des cellules solaires étaient mesurées. Cela nous a permis de comprendre les relations entre ces facteurs. »

Cette étude approfondie des cellules solaires à pérovskite en fonctionnement a montré que les changements dans les états de spin résultent de changements dans le transport des trous ainsi que de la formation de couches dipolaires électriques interfaciales. Il a donc été conclu que la détérioration des cellules pouvait être évitée en améliorant la mobilité des charges dans le matériau de transport des trous et en empêchant la formation de couches dipolaires électriques.

« Établir que les changements dans les états de spin sont corrélés aux performances de l'appareil a considérablement élargi notre compréhension des cellules solaires à pérovskite, ", déclare le professeur Marumoto. "Nous espérons que nos découvertes fourniront un nouveau point de départ précieux pour le développement continu des cellules solaires et contribueront à accélérer la réalité d'une énergie verte rentable."