De nouvelles recherches pourraient conduire à la conception de nouveaux matériaux pour aider à améliorer les performances des cellules solaires à pérovskite (PSC).

Les cellules solaires à pérovskite sont une technologie photovoltaïque émergente qui a connu une augmentation remarquable de l'efficacité de conversion d'énergie à plus de 20 %.

Cependant, Les performances du PSC sont affectées car le matériau pérovskite contient des défauts ioniques qui peuvent se déplacer au cours d'une journée de travail. Au fur et à mesure que ces défauts se déplacent, ils affectent l'environnement électrique interne à l'intérieur de la cellule.

Le matériau Pérovskite est chargé d'absorber la lumière pour créer une charge électronique, et aussi pour aider à extraire la charge dans un circuit externe avant qu'elle ne soit perdue dans un processus appelé «recombinaison».

La majorité de la recombinaison préjudiciable peut se produire à différents endroits dans la cellule solaire. Dans certains modèles, il se produit principalement dans la pérovskite, tandis que dans d'autres, il se produit sur les bords de la pérovskite où il entre en contact avec les matériaux adjacents appelés couches de transport.

Des chercheurs des universités de Portsmouth, Southampton et Bath ont maintenant développé un moyen d'ajuster les propriétés des couches de transport pour encourager les défauts ioniques dans la pérovskite à se déplacer de manière à supprimer la recombinaison et à conduire à une extraction de charge plus efficace - augmentant la proportion de l'énergie lumineuse tombant à la surface de la cellule qui peut finalement être utilisée.

Dr Jamie Foster de l'Université de Portsmouth, qui a participé à l'étude, a déclaré : « Une conception soignée des cellules peut manipuler les défauts ioniques pour les déplacer vers des régions où ils améliorent l'extraction de la charge électronique, augmentant ainsi la puissance utile qu'une cellule peut fournir.

L'étude, Publié dans Sciences de l'énergie et de l'environnement , ont montré que les performances des PSC dépendent fortement de la permittivité (la mesure de la capacité d'un matériau à stocker un champ électrique) et de la densité de dopage effective des couches de transport.

Le Dr Foster a déclaré :« Comprendre comment et quelles propriétés de la couche de transport affectent les performances des cellules est essentiel pour éclairer la conception des architectures cellulaires afin d'obtenir le plus de puissance tout en minimisant la dégradation.

"Nous avons découvert que le mouvement des ions joue un rôle important dans les performances de l'appareil en régime permanent, par l'accumulation résultante de charge ionique et de courbure de bande dans des couches étroites adjacentes aux interfaces entre la pérovskite et les couches de transport. La distribution du potentiel électrique est essentielle pour déterminer le comportement transitoire et permanent d'une cellule.

"Suite à cela, nous suggérons que la densité de dopage et/ou les permittivités de chaque couche de transport puissent être ajustées pour réduire les pertes dues à la recombinaison interfaciale. Une fois que celui-ci et le transporteur de charge limitant le taux ont été identifiés, notre travail fournit un outil systématique pour ajuster les propriétés de la couche de transport afin d'améliorer les performances."

Les chercheurs suggèrent également que les PSC fabriqués à l'aide de couches de transport à faible permittivité et dopage sont plus stables, que ceux ayant une permittivité et un dopage élevés. En effet, ces cellules présentent une accumulation réduite de lacunes ioniques dans les couches de pérovskite, qui a été liée à une dégradation chimique aux bords de la couche de pérovskite.