La recherche d'une technologie de production d'énergie durable a conduit les chercheurs à étudier divers matériaux et leurs combinaisons dans de nombreux types d'appareils. Un tel matériau synthétique, pérovskite, est peu coûteux et facile à produire, et peut être utilisé dans les cellules solaires. Les cellules solaires à pérovskite ont attiré beaucoup d'attention parce que leur efficacité de conversion d'énergie (c'est-à-dire, leur efficacité à transformer la lumière du soleil en électricité) a connu des améliorations spectaculaires ces dernières années. Cependant, il s'est avéré difficile de les mettre en œuvre pour la production d'énergie à grande échelle en raison d'une poignée de problèmes.

Un problème auquel sont confrontées les cellules solaires à pérovskite est la reproductibilité. Cela signifie qu'il est difficile de créer systématiquement des couches de cristal de pérovskite exemptes de défauts et de trous, ce qui signifie que des écarts par rapport aux valeurs de conception sont toujours susceptibles de se produire, qui réduisent leur efficacité. Du bon côté, les chercheurs ont découvert que l'efficacité de ces cellules peut être augmentée en combinant la pérovskite avec des nanotubes de carbone (CNT). Le mécanisme par lequel les NTC et la pérovskite se lient et comment cela affecte les performances des cellules solaires à pérovskite NTC n'a pas été étudié en profondeur. En particulier, la capacité des NTC purs à se lier à la pérovskite n'est pas très bonne, et cela pourrait compromettre les propriétés structurelles et conductrices à l'interface des deux matériaux.

Une équipe de Tokyo Tech dirigée par le professeur Keiko Waki ​​a mené une série d'expériences sur des cellules solaires à pérovskite combinées à différents types de NTC dans le but à la fois d'améliorer leurs performances et leur stabilité et de comprendre les mécanismes sous-jacents. Ils n'ont pas utilisé que des NTC purs, mais aussi des NTC qui portaient dans leur structure des "groupes fonctionnels contenant de l'oxygène", qui sont connus pour renforcer l'interaction entre les NTC et la pérovskite, résultant en de meilleures interfaces et en améliorant la cristallisation de la pérovskite.

Cette recherche consistait en plusieurs expériences qui ont permis de mieux comprendre de nombreux aspects des interactions CNT-pérovskite. D'abord, ils ont démontré les performances électriques supérieures des cellules avec des NTC fonctionnalisés par rapport à celles avec des NTC purs et ont trouvé des preuves soutenant que des cristaux plus gros et moins de défauts de surface se produisent lors de l'utilisation de NTC fonctionnalisés. Puis, l'équipe a déduit que la pérovskite dans les cellules subirait un processus de recristallisation si elle était stockée dans l'obscurité, et que la présence des groupes fonctionnels dans les NTC aurait un effet significatif sur ce processus. Ceci a été confirmé en stockant les cellules pendant plus de deux mois et en mesurant ensuite leurs caractéristiques électriques (Fig. 1).

"Nous avons découvert la capacité d'auto-recristallisation de la pérovskite à température ambiante, dont la morphologie s'est grandement améliorée après un stockage à long terme. Cependant, le résultat le plus intéressant était la capacité des NTC fonctionnalisés à utiliser la nature d'auto-recristallisation pour former une jonction plus forte entre la pérovskite et les NTC à travers la reconstruction, " dit le professeur Waki. Plus particulièrement, les NTC fonctionnalisés ont grandement amélioré le contact entre les deux matériaux et les groupements fonctionnels ont servi de protection contre les agressions de l'humidité sur la pérovskite, permettant à l'auto-recristallisation et à la reconstruction de l'interface de se dérouler sans dégradation notable. L'équipe de recherche a également découvert que le processus de recristallisation pouvait être considérablement accéléré en soumettant constamment les cellules solaires à des mesures fréquentes, mais cela a finalement affecté leur stabilité et les a dégradés.

De telles études approfondies sur les cellules solaires à pérovskite et les moyens de les améliorer sont très précieuses car elles nous rapprochent de nouvelles sources d'énergie propre. "Nous espérons que cette étude contribuera à la production de pérovskites avec une stabilité et une reproductibilité plus élevées, " conclut le professeur Waki. Ces découvertes serviront de tremplin supplémentaire pour que nous puissions considérer les cellules solaires à pérovskite comme une technologie clé pour préserver notre planète.