Une collaboration dirigée par le groupe Palomares de l'ICIQ approfondit la compréhension de l'impact que le changement des matériaux d'une cellule solaire à pérovskite a sur ses performances. Les résultats, publié dans la revue à comité de lecture Sciences de l'énergie et de l'environnement informera la conception des composants des cellules solaires, augmentant ainsi leur attrait commercial.

Les cellules solaires à base de pérovskite sont la technologie solaire qui évolue le plus rapidement à ce jour. Depuis leur première utilisation en 2009, Les cellules solaires à pérovskite ont atteint des rendements élevés (plus de 22% sous irradiation solaire standard) à de faibles coûts de production. Bien que la plupart des composants de pérovskite soient optimisés, il y a encore place à amélioration. Surtout en référence aux Hole Transport Materials (HTM) employés.

La complicité, parmi les chercheurs des groupes Palomares et Vidal de l'ICIQ, le groupe Chimie Physique des Surfaces et Interfaces à l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) et IMDEA Nanocienca, met en lumière les raisons des différences observées dans les performances des cellules solaires à pérovskite en comparant quatre HTM différents qui présentent des propriétés chimiques et physiques proches.

Les petits changements peuvent être puissants

Les cellules solaires à base de pérovskite approchent de la stabilité nécessaire pour être dignes de confiance en tant que produits commerciaux potentiels dans des conditions de travail. La préoccupation majeure réside dans les matériaux utilisés, en particulier le spiro-OMeTAD, le HTM le plus utilisé, qui est sujette à la dégradation. Par conséquent, la recherche actuelle se concentre sur la recherche d'alternatives. « Les scientifiques conçoivent de nouvelles molécules qui pourraient remplacer le spiro-OMeTAD depuis des années. À la recherche de molécules ayant des caractéristiques électriques et optiques similaires à celles du spiro-OMeTAD et dans l'espoir d'obtenir des résultats similaires. Mais lors du test de nouveaux HTM, au lieu d'obtenir des résultats similaires, les cellules fonctionnaient très mal. Nous avons donc décidé de comprendre pourquoi cela s'est produit, " explique Núria F. Montcada, chercheur postdoctoral au groupe Palomares et l'un des premiers auteurs de l'article.

Les chercheurs ont réalisé que de nouvelles molécules ayant le potentiel de remplacer le spiro-OMeTAD comme HTM ont été sélectionnées sur la base de leurs propriétés en solution. Cependant, dans des cellules solaires fonctionnelles, ces molécules sont préparées sous forme de films minces dont les surfaces, à son tour, sont mis en contact avec d'autres matériaux, formant des interfaces. Les interfaces créées peuvent conférer des changements dans les propriétés des molécules.

Grâce à la collaboration avec les scientifiques de l'ICMAB, la fonction de travail de surface de chaque couche HTM sur les cellules solaires pérovskites a été mesurée pour constater que "les niveaux d'énergie Spiro-OMeTAD s'alignent parfaitement par rapport aux autres composants de la cellule, tandis que le paysage énergétique est moins favorable pour les couches des nouvelles molécules HTM testées. Les surfaces et interfaces créées dans l'empilement de cellules solaires ont un rôle crucial dans les performances fonctionnelles du dispositif, " dit Carmen Ocal, chercheur à l'ICMAB.

« Nous devons être conscients que l'interface pérovskite-HTM peut modifier les niveaux d'énergie et produire des désalignements d'énergie indésirables. Nous en sommes venus à démontrer que l'étude des molécules doit correspondre aux conditions dans lesquelles la molécule va être utilisée, sinon la conception de la molécule est juste un essai et une erreur, " dit Montcada.