Chercheurs du Laboratoire National des Energies Renouvelables (NREL), travaillant en collaboration avec leurs homologues de la République de Corée, ont validé le potentiel d'utiliser une combinaison de pérovskite et de silicium pour créer des cellules solaires efficaces à plus de 30 %.

Leur cellule solaire initiale a atteint un rendement certifié de 26,2 %.

"Cette étude fournit une nouvelle approche générale avec des percées technologiques claires et des informations scientifiques pour faire avancer les technologies de la pérovskite, " dit Kai Zhu, un auteur correspondant d'un article nouvellement publié dans la revue Science qui décrit le travail. Zhu est un scientifique principal au Centre de chimie et de nanosciences du NREL.

Par lui-même, la composante pérovskite a enregistré une efficacité de 20,7%, le plus élevé rapporté dans la littérature pour les pérovskites à large bande interdite.

Les scientifiques ont également noté que des tests accélérés ont montré que la cellule de pérovskite présentait "une excellente stabilité à long terme" en conservant plus de 80% de son efficacité initiale après 1, 000 heures d'éclairage continu.

Le terme pérovskite fait référence à une structure cristalline. Les cellules solaires à pérovskite sont fabriquées à partir d'une combinaison d'éléments et sont devenues la technologie solaire la plus avancée.

La recherche apparaît dans un article récemment publié dans la revue Science , "Efficace, cellules tandem de silicium stables rendues possibles par des pérovskites à large bande interdite anioniques." En plus de Zhu, l'article a été co-écrit par Bryon Larson, Sean Dunfield, Chuanxiao Xiao, Jinhui Tong, Fei Zhang, et Joseph Berry, tous de NREL; et un groupe de scientifiques dirigé par Byungha Shin (Korea Advanced Institute of Science and Technology), Dong Hoe Kim (Université Sejong), et Jin Young Kim (Université nationale de Séoul), de la République de Corée.

Zhu, Dong Hoe Kim, et Shin a conçu le projet de recherche, qui a été financé en partie par le Bureau des technologies de l'énergie solaire du ministère de l'Énergie. Les chercheurs ont déclaré que la cellule solaire en tandem pourrait dépasser 30 % d'efficacité une fois que des travaux supplémentaires seront effectués pour perfectionner la couche de silicium.

Le dispositif solaire tandem est composé d'une cellule supérieure en pérovskite et d'une cellule inférieure en silicium. Le haut et le bas captent des segments séparés du spectre solaire à travers une bande interdite. Plus la bande interdite de la cellule pérovskite supérieure est large, plus le dispositif en silicium inférieur peut absorber la lumière du soleil. La bande interdite pour le silicium est fixée à 1,1 électron-volt (eV), mais la bande interdite pour les pérovskites peut être ajustée chimiquement, ou "accordé". L'idéal est d'environ 1,7 eV, mais pour y parvenir, il faut remplacer l'iode par du brome. Trop de brome, cependant, peut rendre la pérovskite instable.

Les chercheurs dans le domaine ont exploré l'utilisation de la phase dite bidimensionnelle (2-D), dans lequel des feuilles d'octaèdres aux halogénures de plomb séparés par des molécules à longue chaîne sont ajoutées à la pérovskite pour être utilisées comme agent de passivation afin de réduire la réactivité chimique. L'utilisation de couches de passivation s'est avérée efficace pour améliorer la stabilité et les performances des pérovskites.

Dans l'ingénierie de la couche de passivation, les scientifiques du NREL et leurs collègues à l'étranger se sont concentrés sur l'ingénierie des ions chargés négativement - appelés anions - des additifs 2-D, au lieu des ions chargés positivement (cations) sur lesquels d'autres se sont concentrés. En introduisant du thiocyanate et en le mélangeant avec de l'iode, les chercheurs ont pu améliorer la structure et les propriétés optoélectroniques de la pérovskite à large bande interdite (1,68 eV) et les performances du dispositif. L'utilisation de thiocyanate a permis aux chercheurs d'augmenter la densité de courant de l'appareil, tandis que l'iode a amélioré la tension.

En collaboration avec des collègues de l'Université de Toronto, Xiao et Zhu ont développé un tandem pérovskite-silicium avec une efficacité certifiée de 25,7% et une baisse de performance négligeable après 400 heures. Les résultats ont été rapportés plus tôt ce mois-ci dans Science .

Des recherches parallèles au NREL se sont concentrées sur un tandem pérovskite-silicium très stable. Également signalé plus tôt ce mois-ci dans Science , le dispositif a été fabriqué en utilisant une combinaison d'iode, brome, et le chlore. L'efficacité certifiée du dispositif tandem stable était de 25,8 %.