Les cellules solaires à pérovskite aux halogénures sont prometteuses en tant que prochaine génération de technologies de cellules solaires, mais alors que les chercheurs ont développé des techniques pour améliorer leurs caractéristiques matérielles, personne ne comprenait pourquoi ces techniques fonctionnaient. De nouvelles recherches mettent en lumière la science derrière ces solutions d'ingénierie et ouvrent la voie au développement de cellules solaires à pérovskite aux halogénures plus efficaces.

"Il s'agit de conception matérielle, " dit Aram Amassian, auteur co-correspondant d'un article sur le travail et professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université d'État de Caroline du Nord.

« Si vous souhaitez concevoir intentionnellement des cellules solaires à pérovskite aux halogénures qui présentent les caractéristiques souhaitées que vous recherchez, vous devez comprendre non seulement comment le matériau se comporte dans différentes conditions, mais pourquoi, " dit Amassian. " Ce travail nous donne une meilleure compréhension de cette classe de matériaux, et cette compréhension éclairera notre travail à l'avenir."

Les pérovskites aux halogénures sont essentiellement des sels, avec des composants chargés positivement et négativement qui se réunissent pour former un composé neutre. Et ils ont plusieurs caractéristiques qui les rendent souhaitables pour la fabrication de cellules solaires à haut rendement. Ils peuvent être dissous dans un liquide et former ensuite des cristaux de haute qualité à basse température, ce qui est intéressant du point de vue de la fabrication. En outre, ils sont faciles à réparer et peuvent tolérer des défauts dans le matériau sans voir une baisse importante de leurs propriétés semi-conductrices.

Une équipe internationale de chercheurs s'est penchée sur un phénomène clé lié à la synthèse et au traitement des cellules solaires à pérovskite aux halogénures. Cela implique le fait que l'ajout de césium et de rubidium dans le processus de synthèse de composés de pérovskite aux halogénures mélangés rend la cellule solaire résultante plus homogène chimiquement - ce qui est souhaitable, car cela rend les caractéristiques du matériau plus uniformes dans toute la cellule. Mais jusqu'à maintenant, personne ne savait pourquoi.

Pour enquêter sur le problème, les chercheurs ont utilisé la résolution en temps, Diagnostic aux rayons X pour capturer et suivre les changements dans les composés cristallins formés tout au long du processus de synthèse. Les mesures ont été effectuées à la Cornell High Energy Synchrotron Source.

"Ces études sont essentielles pour définir les prochaines étapes vers la préparation au marché des cellules solaires à base de pérovskite, " dit Stefan De Wolf, auteur co-correspondant de l'article et professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST).

"Ce que nous avons découvert, c'est que certains des précurseurs, ou ingrédients, vouloir former plusieurs composés autres que celui que l'on veut, qui peut regrouper des éléments clés de manière irrégulière dans tout le matériau, " dit Amassian. "C'était quelque chose que nous ne savions pas avant.

"Nous avons également constaté que l'introduction de césium et de rubidium dans le processus en même temps supprime efficacement la formation de ces autres composés, faciliter la formation du désiré, composé de pérovskite aux halogénures homogène qui est utilisé pour fabriquer des cellules solaires à haute performance.

Les prochaines étapes du travail comprennent la traduction de ces leçons du revêtement par centrifugation en laboratoire vers des plates-formes de fabrication de grande surface qui permettront la fabrication à haut débit de cellules solaires à pérovskite.