Une nouvelle étude révèle une bonne nouvelle quant à la possibilité d'utiliser des matériaux pérovskites dans les cellules solaires de nouvelle génération.

L'étude, publié dans la revue Acta Materialia , constate que bien que les films de pérovskite aient tendance à se fissurer facilement, ces fissures se cicatrisent facilement avec un peu de compression ou un peu de chaleur. ça augure bien, disent les chercheurs, pour l'utilisation de pérovskites bon marché pour remplacer ou compléter le silicium coûteux dans les technologies des cellules solaires.

"L'efficacité des cellules solaires à pérovskite a augmenté très rapidement et rivalise désormais avec le silicium dans les cellules de laboratoire, " dit Nitin Padture, le professeur Otis E. Randall à la Brown's School of Engineering et directeur du Brown's Institute for Molecular and Nanoscale Innovation. "Tout le monde recherche une haute efficacité, ce qui est important, mais nous devons également penser à des choses comme la durabilité à long terme et la fiabilité mécanique si nous voulons mettre cette technologie de cellule solaire sur le marché. C'est l'objet de cette recherche."

Pérovskites, une large classe de matériaux cristallins, ont été incorporées pour la première fois dans des cellules solaires en 2009. Ces premières cellules solaires à pérovskite avaient un rendement de conversion de puissance d'environ 4%, mais maintenant cela dépasse 25 %, ce qui est essentiellement le même que le silicium traditionnel. L'avantage des cellules solaires à pérovskite est qu'elles peuvent être fabriquées pour une fraction du coût du silicium, potentiellement réduire le coût des installations d'énergie solaire. Les pérovskites peuvent également être transformées en films minces semi-transparents et flexibles, ouvrant potentiellement la voie à des fenêtres génératrices d'énergie ou à des allègements, cellules solaires flexibles dans des tentes ou des sacs à dos.

Mais le faible coût et la facilité de fabrication de cellules solaires à pérovskite ont un coût.

« En science des matériaux, les choses faciles à faire ont aussi tendance à être faciles à casser, " a déclaré Padture qui a dirigé l'étude. " C'est certainement vrai des pérovskites, qui sont assez cassants. Mais ici, nous montrons qu'ils sont également assez faciles à réparer - les fissures dans les films de pérovskite peuvent être guéries en les comprimant ou avec une chaleur modérée."

Pour l'étude, Srinivas Yadavalli, un doctorant travaillant dans le laboratoire de Padture et le premier auteur de l'article, films de pérovskite déposés sur des substrats plastiques. Il a ensuite plié le substrat pour appliquer une contrainte de traction (d'arrachement) sur le film de pérovskite tout en utilisant un microscope électronique à balayage (MEB) pour détecter les fissures. Une fois le film fissuré, les chercheurs ont ensuite plié le substrat dans la direction opposée pour voir si la contrainte de compression pouvait guérir ces fissures.

Assez sur, L'imagerie SEM a montré que les fissures avaient disparu. Pour s'assurer que les fissures sont complètement cicatrisées et pas simplement cachées, les chercheurs ont utilisé une technique connue sous le nom de diffraction des rayons X. En mesurant la taille du réseau atomique d'un matériau, la technique peut révéler si une zone autrefois fissurée est désormais capable de supporter une charge mécanique, un signe infaillible que la fissure est cicatrisée. Ces tests ont également indiqué des fissures complètement cicatrisées.

Les chercheurs ont découvert que la chaleur était tout aussi efficace pour cicatriser les fissures. Des températures d'environ 100 degrés Celsius - un chauffage assez modeste selon les normes de la science des matériaux - étaient suffisantes pour guérir complètement les fissures dans les films de pérovskite.

Padture dit que la recherche visait à mieux comprendre les propriétés de base des matériaux pérovskites, et davantage de travail doit être fait pour développer des méthodes d'application de cette information dans un cadre commercial. Mais savoir que les films de pérovskite sont faciles à cicatriser pourrait être utile à mesure que ces types de cellules solaires évoluent vers la commercialisation.

"C'est une bonne nouvelle, " Padture a déclaré. " Cela suggère que des méthodes de guérison assez simples peuvent aider à maintenir les performances de ces types de cellules solaires. "