Les cellules de pérovskite cristalline sont la clé des cellules solaires à couche mince de pointe. Bien qu'ils atteignent déjà des niveaux d'efficacité très élevés en laboratoire, les applications commerciales sont entravées par le fait que le matériau est trop instable. Par ailleurs, il n'existe pas de processus de production industrielle fiable pour les pérovskites. Dans une nouvelle étude publiée dans le Journal des lettres de chimie physique , des physiciens de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) présentent une approche qui pourrait résoudre ce problème. Ils décrivent également en détail comment les pérovskites se forment et se désintègrent. Les résultats pourraient aider à produire des cellules solaires hautes performances à l'avenir.

En 2009, les chercheurs ont d'abord pu prouver que les composés organiques-inorganiques avec une structure cristalline spéciale de pérovskite sont de bons absorbeurs capables de convertir efficacement la lumière du soleil en électricité. En quelques années seulement, l'efficacité des cellules solaires à pérovskite a été augmentée à bien plus de 20 pour cent en laboratoire.

« Bien que moderne, les cellules solaires en silicium monocristallin atteignent des valeurs légèrement meilleures, ils sont beaucoup plus difficiles à fabriquer, et ils sont en cours de développement depuis bien plus longtemps, " dit le Dr Paul Pistor, un physicien à MLU et auteur principal de l'étude. Actuellement, cependant, il n'y a pas de cellules solaires à base de pérovskites prêtes à être commercialisées car il n'y a pas de processus établi pour la production à grande échelle de pérovskites. En outre, les couches cristallines minces sont instables et sensibles aux influences environnementales. "Les températures élevées ou l'humidité provoquent la décomposition des pérovskites et perdent leur capacité à convertir la lumière du soleil en électricité, " dit Pistor. Pourtant, les cellules solaires doivent résister à des températures élevées car elles sont exposées en permanence au soleil.

Dans leur étude, les physiciens de Halle ont enquêté sur une spéciale, pérovskite inorganique constituée de césium, le plomb et le brome ou l'iode. Au lieu d'utiliser les procédés chimiques humides habituels pour produire les pérovskites, ils ont déployé un procédé déjà largement utilisé dans l'industrie pour produire des couches minces et une gamme de composants. Dans une chambre à vide, les matériaux précurseurs sont chauffés jusqu'à évaporation. Ensuite, la pérovskite se condense sur un substrat de verre plus froid et une fine couche cristalline se développe.

"L'avantage de cette méthode est que chaque partie du processus peut être très bien contrôlée. De cette façon, les couches croissent de façon très homogène, et l'épaisseur et la composition des cristaux peuvent être facilement ajustées, " explique Pistor. Son équipe a ainsi pu produire des couches de pérovskite à base de césium qui ne se sont pas décomposées avant d'atteindre des températures de 360 ​​degrés Celsius. Grâce à une analyse aux rayons X de pointe, les chercheurs ont également analysé les processus de croissance et de désintégration des cristaux en temps réel.

Les résultats fournissent des informations importantes sur les propriétés sous-jacentes des pérovskites et indiquent un processus qui pourrait convenir à la réalisation industrielle de la technologie moderne des cellules solaires à base de pérovskite.