Alors que les besoins en énergies renouvelables dans le monde augmentent de façon exponentielle, Des chercheurs lituaniens et allemands ont mis au point une nouvelle solution pour développer une technologie solaire à faible coût. Matériel, synthétisé par des scientifiques de l'Université de technologie de Kaunas (KTU) Lituanie, qui s'auto-assemblent pour former une couche d'électrode d'épaisseur moléculaire, présente un moyen facile de réaliser des cellules solaires en pérovskite à simple jonction et en tandem très efficaces. La licence pour produire le matériel a été achetée par une société japonaise.

Selon les scientifiques, réalisation de cellules solaires à base de pérovskite, alliant bas prix et haute efficacité, s'est avéré être une entreprise difficile dans le passé. Le défi particulier de la production à grande échelle est le prix élevé et la polyvalence limitée des contacts à sélection de trous disponibles. Les chimistes du KTU ont relevé ce défi.

"L'élément solaire s'apparente à un sandwich, où toutes les couches ont une fonction, c'est-à-dire pour absorber l'énergie, séparer les trous des électrons, etc. Nous développons des matériaux pour la couche de contact sélective de trous, qui est formé par les molécules des matériaux s'auto-assemblant à la surface du substrat, " explique Artiom Magomedov, doctorat étudiant à la faculté de technologie chimique KTU, co-auteur de l'invention.

Les monocouches développées peuvent être qualifiées de matériau de transport de trous parfait, car ils sont bon marché, sont formés par une technique évolutive et ont un très bon contact avec les matériaux pérovskites. Les monocouches auto-assemblées (SAM) sont aussi minces que 1-2 nm, couvrant toute la surface; les molécules se déposent à la surface en la trempant dans une solution diluée. Les molécules sont basées sur des groupes de tête carbazole avec des groupes d'ancrage d'acide phosphonique et peuvent former des SAM sur divers oxydes.

Selon les scientifiques, l'utilisation des SAM a permis d'éviter le problème de la surface rugueuse de la cellule CIGS. En intégrant une cellule solaire pérovskite à base de SAM dans une architecture en tandem, une cellule solaire tandem CIGSe/pérovskite monolithique à 23,26% d'efficacité a été réalisée, qui est actuellement un record mondial pour cette technologie. De plus, l'un des SAM récemment développés utilisés dans la cellule tandem Si/pérovskite a atteint l'efficacité presque record de 27,5%.

"Les cellules solaires à simple jonction et tandem à base de pérovskite sont l'avenir de l'énergie solaire, car ils sont moins chers et potentiellement beaucoup plus efficaces. Les limites d'efficacité des éléments solaires à base de silicium actuellement utilisés dans le commerce sont saturées. De plus, les ressources en silicium de qualité semi-conducteur se raréfient et il est de plus en plus difficile d'extraire l'élément, " dit le professeur Vytautas Getautis, le chef du groupe de recherche KTU derrière l'invention.

Selon Magomedov, la quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la terre en une heure pourrait suffire à couvrir les besoins annuels en électricité de toute l'humanité. "Le potentiel de l'énergie solaire est immense, ", explique le jeune chercheur.

En utilisant les technologies traditionnelles, 1 g de silicium (Si) suffit pour produire seulement quelques centimètres carrés de l'élément solaire; cependant, 1 g de matériau synthétisé à KTU suffit pour couvrir jusqu'à 1000 m ² de la superficie. En outre, le matériau organique auto-assemblant synthétisé à KTU est nettement moins cher que les alternatives utilisées actuellement dans les éléments photovoltaïques.

L'équipe de chimistes du KTU étudie depuis quelques années l'utilisation des molécules d'auto-assemblage dans les cellules solaires. Le matériel, synthétisé au KTU, a été appliqué à la production d'une cellule solaire fonctionnelle en collaboration avec Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Allemagne et physiciens du Centre des sciences physiques et de la technologie (Lituanie).

La licence pour produire le matériel synthétisé dans les laboratoires du KTU a été achetée par une société japonaise; les matériaux appelés 2PACz et MeO-2PACz feront bientôt leur apparition sur le marché. Cela signifie qu'une technologie innovante utilisant des composés auto-assemblants peut être approfondie dans les meilleurs laboratoires du monde et finalement trouver sa place dans l'industrie.