La recherche sur l'utilisation de matériaux pérovskites comme cellules solaires a explosé au cours des dernières années, suite aux rapports d'efficacité de conversion d'énergie élevée, qui n'ont cessé de grimper. Nouvelle recherche publiée dans la revue Matériaux aujourd'hui révèle comment améliorer la durée de vie de ces cellules solaires.
Malgré l'intense intérêt pour les matériaux pour les applications de l'énergie solaire, « améliorer la stabilité des cellules solaires à pérovskite est une tâche difficile, " explique le Dr Chang Kook Hong, auteur correspondant, de l'Université nationale de Chonnam en Corée du Sud.
La pérovskite est le terme général désignant tout minéral ayant la même structure cristalline qu'une forme particulière d'oxyde de calcium et de titane, découvert pour la première fois dans les montagnes de l'Oural en Russie en 1839 et nommé en l'honneur du minéralogiste russe L. A. Perovski. La structure unique des pérovskites peut être modifiée pour des propriétés particulières en modifiant les divers cations et anions à partir desquels elles sont formées. Fondamentalement, la structure a la formule chimique générale ABX3 où le « A » et le « B » représentent des ions métalliques chargés positivement, cations, qui sont de taille très différente, et le « X » est un anion chargé négativement qui se lie aux deux cations métalliques les liant ensemble dans le cristal.
Les pérovskites peuvent être synthétisées en laboratoire à très bas prix et transformées en films minces pouvant être incorporés dans des cellules solaires. Les cations n'ont pas besoin d'être des ions métalliques, mais peut être n'importe quel ion chargé positivement, tel que l'ion ammonium ou un ion organique; à condition que A et B soient de tailles différentes et qu'un ion négatif approprié soit utilisé, ils donneront la structure pérovskite.
Le Dr Hong et ses collègues ont développé une méthode connue sous le nom de co-précipitation pour fabriquer un film mince comprenant de l'oxyde de nickel nanoporeux comme couche de transport de trous (HTL) pour une cellule solaire à pérovskite qui utilise la composition unique de FAPbI3 et/ou MAPbBr3 comme couche de pérovskite . Les trous sont l'équivalent positif des électrons négatifs dans les discussions sur l'électrochimie. FAPbI3 est l'iodure de plomb formamidinium et MAPbBr3 est le bromure de plomb méthylammonium. En outre, ils ont utilisé un composé organique de nanoparticules d'oxyde de zinc inorganique stable à l'air comme ETL (couche de transport d'électrons) afin de protéger la couche de pérovskite de l'air.
"Nous avons optimisé avec succès les couches de protection HTL et ETL à base d'oxyde métallique pour un absorbeur de pérovskite hautement efficace par une méthode simple qui peut rendre le photovoltaïque stable à l'air, " explique le co-auteur Dr. Sawanta Mali. " Notre objectif principal est de résoudre le problème du processus fastidieux de fabrication d'additifs conventionnels dopés, très cher, HTL instables en remplaçant les low-cost, oxydes métalliques inorganiques stables à l'air de type p et n, " a ajouté le Dr Mali.
Des tests préliminaires des prouesses de leur appareil utilisant ces architectures de périphériques pérovskites ont révélé une efficacité de conversion de puissance de 19,10 pour cent (± 1 pour cent). La densité de courant de l'appareil était de près de 23 milliampères par centimètre carré et il pouvait générer 1,076 volts. Surtout, l'appareil pourrait supporter les quatre cinquièmes de ce niveau d'efficacité pendant environ cinq mois.
L'équipe suggère que leur approche pourrait ouvrir la voie à des cellules solaires à pérovskite hautement efficaces et stables dans l'air. "Cette technique est limitée à l'échelle du laboratoire, Cependant, une fabrication à grande échelle devrait également être possible avec cette architecture de dispositif, " a déclaré le Dr Hong.
