Avec l'efficacité de conversion d'énergie des cellules solaires au silicium plafonnant autour de 25 %, Les pérovskites sont désormais idéalement placées pour devenir la prochaine génération de photovoltaïque sur le marché. En particulier, Les pérovskites aux halogénures de plomb organiques-inorganiques offrent une polyvalence de fabrication qui peut potentiellement se traduire par une efficacité beaucoup plus élevée :des études ont déjà montré des performances photovoltaïques supérieures à 20 % sur différentes architectures de cellules solaires construites avec des processus simples et peu coûteux.

Le principal défi pour le domaine de la pérovskite n'est pas tant l'efficacité que la stabilité. Contrairement aux cellules au silicium, Les pérovskites sont des matériaux cristallins mous et sujets à des problèmes dus à la décomposition au fil du temps. Dans un contexte commercial, cela place les pérovskites à un prix plus élevé que les cellules au silicium conventionnelles.

Il y a donc eu de nombreux efforts pour synthétiser des matériaux pérovskites qui peuvent maintenir une efficacité élevée dans le temps. Cela se fait en introduisant différents cations (ions chargés positivement) dans la structure cristalline de la pérovskite. Bien que le succès ait été rapporté en mélangeant des cations inorganiques comme le césium ou le rubidium dans la composition de pérovskite, ces solutions ont tendance à être difficiles et coûteuses à mettre en œuvre.

Pendant ce temps, aucun cation organique - et plus facile à synthétiser - pouvant améliorer à la fois l'efficacité et la stabilité n'a été trouvé jusqu'à présent. Maintenant, le laboratoire de Mohammad Khaja Nazeeruddin à l'EPFL Valais Wallis, avec des collègues de l'Université de Cordoue, a découvert qu'ils peuvent améliorer la stabilité des pérovskites en introduisant le gros cation organique guanidinium (CH6N3+) dans des pérovskites à iodure de plomb et de méthylammonium, qui sont parmi les alternatives les plus prometteuses du groupe aujourd'hui.

Les scientifiques montrent que le cation guanidinium s'insère dans la structure cristalline de la pérovskite et améliore la stabilité thermique et environnementale globale du matériau, surmonter ce que l'on appelle sur le terrain la "limite du facteur de tolérance Goldschmidt". C'est un indicateur de la stabilité d'un cristal de pérovskite, qui décrit à quel point un ion particulier lui est compatible. Un facteur de tolérance de Goldschmidt idéal doit être inférieur ou égal à 1 ; celui du guanidinium n'est que de 1,03.

L'étude a révélé que l'ajout de guanidinium améliorait significativement la stabilité du matériau de la pérovskite tout en offrant un rendement de conversion de puissance moyen supérieur à 19% (19,2 ± 0,4%) et en stabilisant cette performance pendant 1000 heures sous un éclairage continu, qui est un test de laboratoire standard pour mesurer l'efficacité des matériaux photovoltaïques. Les scientifiques estiment que cela correspond à 1333 jours (ou 3,7 ans) d'utilisation dans le monde réel - ceci est basé sur des critères standard utilisés sur le terrain.

Le professeur Nazeeruddin explique :"En prenant un facteur d'accélération standard de 2 pour chaque augmentation de température de dix degrés, un facteur d'accélération de 8 est estimé pour 55 °C contre 25 °C degrés. Par conséquent, l'équivalent de 1 000 heures à 55 °C serait de 8 000 heures. Nos cellules ont été soumises à 60°C, par conséquent, les chiffres pourraient être encore plus élevés. En supposant l'équivalent de 6 heures de plein soleil/jour, soit 250Wm-2 d'irradiance moyenne (équivalent à l'Afrique du Nord) le nombre total de jours est de 1333, équivaut à 44,4 mois et 3,7 ans de stabilité. Cependant, pour l'accréditation standard des cellules solaires, une série de tests de résistance, y compris le cycle de température et la chaleur humide, sont également nécessaires. »

"C'est une étape fondamentale dans le domaine de la pérovskite, " dit Nazeeruddin. " Il offre un nouveau paradigme dans la conception de la pérovskite car d'autres explorations au-delà de la limite du facteur de tolérance pourraient prévaloir pour les mélanges cationiques tout en préservant une structure 3D avec une stabilité améliorée grâce à un nombre accru de liaisons H dans le cadre inorganique - un problème que nous sont maintenant sur le point d'être résolus."