Des matériaux souples et flexibles appelés pérovskites aux halogénures pourraient rendre les cellules solaires plus efficaces à un coût nettement inférieur, mais ils sont trop instables pour être utilisés.

Une équipe de recherche dirigée par l'Université Purdue a trouvé un moyen de rendre les pérovskites aux halogénures suffisamment stables en inhibant le mouvement ionique qui les fait se dégrader rapidement, débloquant leur utilisation pour les panneaux solaires ainsi que les appareils électroniques.

La découverte signifie également que les pérovskites aux halogénures peuvent s'empiler pour former des hétérostructures qui permettraient à un appareil d'exécuter plus de fonctions.

Les résultats publiés dans la revue La nature le mercredi (29 avril). Parmi les autres universités partenaires, citons la Shanghai Tech University, le Massachusetts Institute of Technology, l'Université de Californie, Berkeley, et le laboratoire national Lawrence Berkeley du département de l'Énergie des États-Unis.

Les chercheurs ont déjà vu que les cellules solaires fabriquées à partir de pérovskites en laboratoire fonctionnent aussi bien que les cellules solaires du marché en silicium. Les pérovskites ont le potentiel d'être encore plus efficaces que le silicium car moins d'énergie est gaspillée lors de la conversion de l'énergie solaire en électricité.

Et parce que les pérovskites peuvent être transformées d'une solution en un film mince, comme de l'encre imprimée sur du papier, ils pourraient être produits à moindre coût en quantités plus élevées que le silicium.

"Il y a eu 60 ans d'efforts concertés pour fabriquer de bons dispositifs en silicium. Il n'y a peut-être eu que 10 ans d'efforts concertés sur les pérovskites et ils sont déjà aussi bons que le silicium, mais ils ne durent pas, " dit Letian Dou (lah-TEEN pâte), un professeur adjoint Purdue de génie chimique.

Une pérovskite est composée de composants qu'un ingénieur peut remplacer individuellement à l'échelle nanométrique pour ajuster les propriétés du matériau. L'inclusion de plusieurs pérovskites dans une cellule solaire ou un circuit intégré permettrait à l'appareil de remplir différentes fonctions, mais les pérovskites sont trop instables pour s'empiler.

L'équipe de Dou a découvert qu'en ajoutant simplement une molécule rigide et volumineuse, appelé bitiophényléthylammonium, à la surface d'une pérovskite stabilise le mouvement des ions, empêchant les liaisons chimiques de se rompre facilement. Les chercheurs ont également démontré que l'ajout de cette molécule rend une pérovskite suffisamment stable pour former des jonctions atomiques propres avec d'autres pérovskites, leur permettant de s'empiler et de s'intégrer.

"Si un ingénieur voulait combiner les meilleures parties de la pérovskite A avec les meilleures parties de la pérovskite B, cela ne peut généralement pas arriver parce que les pérovskites se mélangeraient simplement, " a déclaré Brett Savoie (SAHV-oy), un professeur assistant Purdue de génie chimique, qui a mené des simulations expliquant ce que les expériences ont révélé au niveau chimique.

"Dans ce cas, vous pouvez vraiment obtenir le meilleur de A et B dans un seul matériau. C'est complètement inédit."

La molécule volumineuse permet à une pérovskite de rester stable même lorsqu'elle est chauffée à 100 degrés Celsius. Les cellules solaires et les appareils électroniques nécessitent des températures élevées de 50 à 80 degrés Celsius pour fonctionner.

Ces résultats signifient également qu'il pourrait être possible d'incorporer des pérovskites dans des puces informatiques, les chercheurs ont dit. De minuscules interrupteurs dans les puces informatiques, appelés transistors, compter sur de minuscules jonctions pour contrôler le courant électrique. Un motif de pérovskites pourrait permettre à la puce d'effectuer plus de fonctions qu'avec un seul matériau.