Une image au microscope électronique montre une coupe transversale de la cellule solaire à pérovskite entièrement inorganique développée à l'Université Rice. De haut, les couches sont une électrode de carbone, pérovskite, oxyde de titane, oxyde d'étain dopé au fluor et verre. La barre d'échelle est égale à 500 nanomètres. Crédit :Lou Group/Rice University
Les scientifiques de l'Université Rice pensent avoir surmonté un obstacle majeur empêchant les cellules solaires à base de pérovskite d'être utilisées par le grand public.
Grâce à l'utilisation stratégique de l'élément indium pour remplacer une partie du plomb dans les pérovskites, Le scientifique des matériaux de riz Jun Lou et ses collègues de la Brown School of Engineering affirment qu'ils sont mieux à même de concevoir les défauts des cellules solaires au césium-plomb-iodure qui affectent la bande interdite du composé, une propriété critique dans l'efficacité des cellules solaires.
Comme avantage secondaire, les cellules nouvellement formulées du laboratoire peuvent être fabriquées à l'air libre et durent des mois plutôt que des jours avec une efficacité de conversion solaire légèrement supérieure à 12 %.
Les résultats de l'équipe Rice apparaissent dans Matériaux avancés .
Les pérovskites sont des cristaux avec des réseaux cubiques qui sont connus pour être des collecteurs de lumière efficaces, mais les matériaux ont tendance à être stressés par la lumière, humidité et chaleur.
Pas les pérovskites de riz, dit Lou.
« De notre point de vue, c'est quelque chose de nouveau et je pense que cela représente une avancée importante, " dit-il. " C'est différent du traditionnel, Les pérovskites classiques dont les gens parlent depuis 10 ans - les hybrides inorganiques-organiques qui vous donnent la plus grande efficacité jamais enregistrée, environ 25%. Mais le problème avec ce type de matériau est son instabilité.
Un échantillon de cellule solaire à pérovskite entièrement inorganique est une étape vers une utilisation commerciale, selon les scientifiques de l'Université Rice. Leur découverte d'un moyen de neutraliser les défauts dans les cellules solaires au césium-plomb-iodure leur a permis de préserver la bande interdite du matériau, une propriété critique dans l'efficacité des cellules solaires. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
"Les ingénieurs développent des couches de recouvrement et des choses pour protéger ces précieux, matériaux sensibles de l'environnement, " dit Lou. "Mais il est difficile de faire la différence avec les matériaux intrinsèquement instables eux-mêmes. C'est pourquoi nous avons décidé de faire quelque chose de différent."
Le chercheur postdoctoral Rice et auteur principal Jia Liang et son équipe ont construit et testé des cellules solaires à pérovskite de césium inorganique, plomb et iodure, les cellules mêmes qui ont tendance à tomber en panne rapidement en raison de défauts. Mais en ajoutant du brome et de l'indium, les chercheurs ont pu annuler les défauts du matériau, augmentant le rendement au-dessus de 12% et la tension à 1,20 volts.
Une vue schématique montre une cellule solaire à pérovskite entièrement inorganique développée par des scientifiques des matériaux de l'Université Rice. Crédit :Lou Group/Rice University
En prime, le matériau s'est avéré exceptionnellement stable. Les cellules ont été préparées dans des conditions ambiantes, résister à l'humidité élevée de Houston, et les cellules encapsulées sont restées stables à l'air pendant plus de deux mois, bien mieux que les quelques jours que duraient les cellules à l'iodure de plomb et de césium.
"L'efficacité la plus élevée pour ce matériau peut être d'environ 20%, et si nous pouvons y arriver, cela peut être un produit commercial, " a déclaré Liang. " Il a des avantages par rapport aux cellules solaires à base de silicium parce que la synthèse est très bon marché, il est basé sur des solutions et facile à faire évoluer. Essentiellement, vous venez de l'étaler sur un substrat, laisse sécher, et vous avez votre cellule solaire."
