Dans les cellules solaires à pérovskite, les porteurs de charge sont principalement perdus par recombinaison se produisant au niveau des sites de défaut d'interface. En revanche, la recombinaison au niveau des sites défectueux au sein de la couche de pérovskite ne limite pas actuellement les performances des cellules solaires. Des équipes de l'Université de Potsdam et du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ont pu arriver à cette conclusion intéressante grâce à des mesures quantitatives extrêmement précises sur 1 cm ² cellules pérovskites par photoluminescence. Leurs résultats contribuent à l'amélioration des cellules solaires à pérovskite et sont maintenant publiés dans Énergie naturelle .

Même les cellules solaires faites d'un matériau miracle parfait ne seraient jamais capables de convertir 100 pour cent de la lumière du soleil en énergie électrique. En effet, la puissance maximale théorique atteignable est limitée par la position des bandes d'énergie des électrons, et par le rayonnement inévitable des photons (la limite thermodynamique ou Shockley-Queisser). L'efficacité de conversion de puissance maximale pour le silicium est d'environ 33 %, par exemple. Mais même cette valeur ne sera jamais réellement atteinte. Ceci est dû à des défauts de diverses natures provoquant la perte d'une partie des porteurs de charge libérés par la lumière solaire. Afin d'approcher la valeur maximale, il est donc nécessaire d'étudier les différents défauts des cellules solaires et de déterminer lesquels entraînent des pertes et comment.

Les couches absorbantes de pérovskite organométalliques sont considérées comme une nouvelle classe de matériaux particulièrement intéressante pour les cellules solaires - en seulement 10 ans, leur efficacité est passée de trois pour cent à plus de vingt pour cent, une histoire à succès incroyable. Aujourd'hui, une équipe dirigée par le professeur Dr. Dieter Neher à l'Université de Potsdam et le Dr. Thomas Unold au HZB a réussi à identifier les processus de perte décisifs dans les cellules solaires à pérovskite qui limitent l'efficacité.

A certains défauts du réseau cristallin de la couche de pérovskite, les porteurs de charge (c'est-à-dire les électrons et les "trous") qui viennent d'être libérés par la lumière du soleil peuvent se recombiner à nouveau et ainsi être perdus. Mais si ces défauts étaient préférentiellement localisés au sein de la couche de pérovskite, ou plutôt à l'interface entre la couche de pérovskite et la couche de transport n'était pas clair jusqu'à présent.

Pour le déterminer, les scientifiques ont utilisé des techniques de photoluminescence avec une grande précision, résolution spatiale et temporelle. À l'aide de la lumière laser, ils ont excité la couche de pérovskite de la taille d'un centimètre carré et détecté où et quand le matériau a émis de la lumière en réponse à l'excitation. "Cette méthode de mesure dans notre laboratoire est si précise, nous pouvons déterminer le nombre exact de photons qui ont été émis, " explique Unold. Et pas seulement cela, l'énergie des photons émis a été enregistrée et analysée avec précision à l'aide d'une caméra CCD hyperspectrale.

"De cette façon, nous avons pu calculer les pertes en tout point de la cellule et ainsi déterminer que les défauts les plus néfastes se situent aux interfaces entre la couche absorbante de pérovskite et les couches de transport de charges, " rapporte Unold. Il s'agit d'informations importantes pour améliorer encore les cellules solaires à pérovskite, par exemple au moyen de couches intermédiaires qui ont un effet positif ou par des procédés de fabrication modifiés.

A l'aide de ces découvertes, le groupe dirigé par le Prof. Dr. Dieter Neher et le Dr. Martin Stolterfoht de l'Université de Potsdam a réussi à réduire la recombinaison interfaciale et ainsi augmenter l'efficacité de 1 cm ² cellules solaires à pérovskite de taille supérieure à 20 %.