Le silicium domine les produits d'énergie solaire - il est stable, bon marché et efficace pour transformer la lumière du soleil en électricité. Tout nouveau matériau prenant du silicium doit concourir et gagner sur ces terrains. À la suite d'une collaboration internationale de recherche, Université Jiao Tong de Shanghai, l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), et l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont trouvé un matériau stable qui crée efficacement de l'électricité, ce qui pourrait remettre en cause l'hégémonie du silicium.

Écrire dans Science , les équipes collaboratrices montrent comment le matériel CsPbI 3 a été stabilisé dans une nouvelle configuration capable d'atteindre des rendements de conversion élevés. CsPbI 3 est une pérovskite inorganique, un groupe de matériaux qui gagne en popularité dans le monde solaire en raison de leur haute efficacité et de leur faible coût. Cette configuration est remarquable car la stabilisation de ces matériaux a toujours été un défi.

« Nous sommes satisfaits des résultats suggérant que CsPbI 3 peut rivaliser avec les matériaux de pointe de l'industrie, " dit le professeur Yabing Qi, chef de l'unité Matériaux énergétiques et sciences des surfaces de l'OIST, qui a dirigé l'aspect science de surface de l'étude.

« À partir de ce résultat préliminaire, nous allons maintenant travailler sur l'amélioration de la stabilité du matériau et des perspectives commerciales. »

Alignement du niveau d'énergie

CsPbI 3 est souvent étudié dans sa phase alpha, une configuration bien connue de la structure cristalline connue de manière appropriée sous le nom de phase sombre en raison de sa couleur noire. Cette phase est particulièrement efficace pour absorber la lumière du soleil. Malheureusement, il est également instable et la structure se dégrade rapidement en une forme jaunâtre, moins capable d'absorber la lumière du soleil.

Cette étude a plutôt exploré le cristal dans sa phase bêta, un arrangement moins connu de la structure qui est plus stable que sa phase alpha. Bien que cette structure soit plus stable, il montre une efficacité de conversion de puissance relativement faible.

Cette faible efficacité résulte en partie des fissures qui émergent souvent dans les cellules solaires à couche mince. Ces fissures induisent la perte d'électrons dans les couches adjacentes de la cellule solaire, des électrons qui ne peuvent plus circuler sous forme d'électricité. L'équipe a traité le matériau avec une solution d'iodure de choline pour cicatriser ces fissures, et cette solution a également optimisé l'interface entre les couches de la cellule solaire, connu sous le nom d'alignement des niveaux d'énergie.

"Les électrons s'écoulent naturellement vers les matériaux avec une énergie potentielle plus faible pour les électrons, il est donc important que les niveaux d'énergie des couches adjacentes soient similaires à CsPbI 3 , " dit le Dr Luis K. Ono, un co-auteur du laboratoire du professeur Qi. "Cette synergie entre les couches se traduit par moins d'électrons perdus et plus d'électricité générée."

L'équipe de l'OIST, soutenu par le Centre de développement technologique et d'innovation de l'OIST, utilisé la spectroscopie de photoémission ultraviolette pour étudier l'alignement des niveaux d'énergie entre CsPbI 3 et les couches adjacentes. Ces données ont montré comment les électrons peuvent ensuite se déplacer librement à travers les différentes couches, générer de l'électricité.

Les résultats ont montré une faible perte d'électrons vers les couches adjacentes après un traitement avec de l'iodure de choline, en raison de meilleurs alignements de niveau d'énergie entre les couches. En réparant les fissures qui apparaissent naturellement, ce traitement a conduit à une augmentation de l'efficacité de conversion de 15 pour cent à 18 pour cent.

Bien que ce saut puisse sembler petit, il apporte CsPbI 3 dans le domaine de l'efficacité certifiée, les valeurs compétitives offertes par les matériaux solaires concurrents. Bien que ce premier résultat soit prometteur, la pérovskite inorganique est toujours à la traîne. Pour CsPbI 3 pour vraiment concurrencer le silicium, l'équipe travaillera ensuite sur la trinité des facteurs permettant au règne du silicium de continuer :stabilité, Coût, et efficacité.