Les cellules solaires en pérovskite sont très prometteuses pour l'avenir de l'énergie solaire. Le matériel est bon marché, facile à produire et presque aussi efficace que le silicium, le matériau traditionnellement utilisé dans les cellules solaires. Cependant, la pérovskite se dégrade rapidement, limitant fortement son efficacité et sa stabilité dans le temps. Des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven, institut de recherche énergétique DIFFER, L'Université de Pékin et l'Université de Twente ont découvert que l'ajout d'une petite quantité de fluorure à la pérovskite laisse une couche protectrice, augmentant considérablement la stabilité des matériaux et des cellules solaires. Les cellules solaires conservent 90 pour cent de leur efficacité après 1000 heures de fonctionnement dans diverses conditions de test extrêmes. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans la principale revue scientifique Énergie naturelle .

Parce qu'ils sont si bon marché à fabriquer, Les cellules solaires à pérovskite ont été au centre de nombreuses recherches solaires récentes. En conséquence, leur efficacité est passée de moins de 4 % en 2009 à plus de 24 % aujourd'hui, ce qui est proche des cellules traditionnelles au silicium. Les cellules dites tandem, qui associent des cellules silicium et pérovskite, atteindre une efficacité de plus de 28 pour cent.

Malgré ce succès, La pérovskite présente un certain nombre de défauts dus à la nature du matériau et à la manière dont il est fabriqué. Heures supplémentaires, des lacunes dans la structure atomique de l'halogénure métallique déclenchent la dégradation de la pérovskite sous l'influence de l'humidité, lumière et chaleur.

Couche protectrice

Les chercheurs d'Eindhoven, Twente et Pékin ont expérimenté un nouveau type de pérovskite, en ajoutant une petite quantité de fluorure dans le processus de production. Tout comme le fluorure dans le dentifrice, les ions fluorure forment une couche protectrice autour du cristal, empêchant la diffusion des défauts nuisibles.

"Notre travail a considérablement amélioré la stabilité des cellules solaires à pérovskite, " dit Shuxia Tao, professeur assistant au Center for Computational Energy Research, un centre commun du Département de Physique Appliquée de TU/e ​​et DIFFER, et co-auteur de l'article. "Nos cellules conservent 90 pour cent de leur efficacité après 1000 heures dans des conditions de lumière et de chaleur extrêmes. C'est plusieurs fois plus long que les composés pérovskites traditionnels. Nous atteignons une efficacité de 21,3 pour cent, ce qui est un très bon point de départ pour de nouveaux gains d'efficacité."

En raison de sa haute électronégativité, le fluorure stabilise le réseau de pérovskite en formant de fortes liaisons hydrogène et des liaisons ioniques à la surface du matériau.

Une grande partie du travail de l'équipe d'Eindhoven a consisté à expliquer pourquoi le fluorure est un ingrédient si efficace par rapport aux autres halogènes. À l'aide de simulations informatiques, ils concluent qu'une partie de son succès est due à la petite taille et à la haute électronégativité des ions fluorure. Plus l'électronégativité d'un élément est élevée, plus il attire facilement les électrons des éléments voisins. Cela aide les ions fluorure à former des liaisons fortes avec les autres éléments du composé pérovskite, formant une couche protectrice stable.

La recherche future

L'étude est considérée comme une étape importante vers la mise en œuvre réussie de cellules solaires à pérovskite à l'avenir. Cependant, beaucoup de travail reste à faire. L'étalon-or dans l'industrie solaire est un taux de rétention d'au moins 85 pour cent de l'efficacité d'origine après dix à quinze ans, une norme qui est encore loin pour les cellules pérovskites.

"Nous pensons qu'il faudra encore cinq à dix ans pour que ces cellules deviennent un produit commercialement viable. Nous devons non seulement améliorer encore leur efficacité et leur stabilité, nous devons également acquérir une meilleure compréhension théorique des mécanismes pertinents à l'échelle atomique. Nous n'avons toujours pas toutes les réponses aux raisons pour lesquelles certains matériaux sont plus efficaces que d'autres pour augmenter la stabilité à long terme de ces cellules, " dit Tao.