Figure 1. Le schéma de la structure équilibrée du film organique amorphe. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Récemment, l'efficacité de conversion de puissance (PCE) des cellules solaires à base de points quantiques colloïdaux (CQD) a été améliorée, ouvrir la voie à leur commercialisation dans divers domaines; néanmoins, ils sont encore loin d'être commercialisés car leur efficacité ne correspond pas à leur stabilité. Dans cette recherche, une équipe de KAIST a réalisé des cellules solaires à base de CQD hautement stables et efficaces en utilisant une couche organique amorphe pour bloquer la perméation de l'oxygène et de l'eau.
Les cellules solaires à base de CQD sont légères, souple, et ils stimulent la récolte de lumière en absorbant la lumière proche infrarouge. Ils attirent particulièrement l'attention sur leurs propriétés optiques contrôlées efficacement en modifiant la taille des points quantiques. Cependant, ils sont encore incompatibles avec les cellules solaires existantes en termes d'efficacité, stabilité, et le coût. Par conséquent, il existe une forte demande pour une nouvelle technologie qui peut simultanément améliorer à la fois le PCE et la stabilité tout en utilisant un matériau d'électrode peu coûteux.
En réponse à cette demande, Professeur Jung-Yong Lee de la Graduate School of Energy, Environnement, Water and Sustainability et son équipe ont introduit une technologie pour améliorer l'efficacité et la stabilité des cellules solaires à base de CQD.
L'équipe a découvert qu'un film mince organique amorphe a une forte résistance à l'oxygène et à l'eau. En utilisant ces propriétés, ils ont utilisé cette couche organique dopée comme couche sélective de trou supérieur (HSL) pour les cellules solaires PbS CQD, et a confirmé que les propriétés hydro/oxo-phobes de la couche protégeaient efficacement la couche de PbS. D'après les simulations de dynamique moléculaire, la couche a considérablement retardé la perméation de l'oxygène et de l'eau dans la couche de PbS. De plus, l'injection efficace des trous dans la couche a réduit la résistance interfaciale et amélioré les performances.
Figure 2. Illustration schématique des cellules solaires à base de CQD et graphiques montrant leurs performances. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Avec cette technologie, l'équipe a finalement développé des cellules solaires à base de CQD avec une excellente stabilité. Le PCE de leur appareil s'élevait à 11,7% et a maintenu plus de 90% de ses performances initiales lorsqu'il est stocké pendant un an dans des conditions ambiantes.
Le professeur Lee a dit, "Cette technologie peut également être appliquée aux LED QD et aux dispositifs Perovskite. J'espère que cette technologie pourra accélérer la commercialisation des cellules solaires à base de CQD."
