Une stratégie pour améliorer les absorbeurs de pérovskite pour les cellules solaires tandem tout pérovskite

Figure résumant le fonctionnement des processus de recuit normal, de recuit au solvant et CSA. Crédit :Wang et al.

Les cellules solaires en tandem (TSC), des empilements de jonctions p-n à base de semi-conducteurs avec différentes bandes interdites, sont une solution énergétique très prometteuse qui pourrait contribuer à réduire les émissions de carbone. Les pérovskites, des matériaux abondants sur terre avec une bande interdite accordable, des mobilités élevées des porteurs de charge, des propriétés optoélectroniques avantageuses et de longues longueurs de diffusion des porteurs, pourraient être particulièrement utiles pour créer des TSC à faible coût et à haute efficacité énergétique pour des implémentations à grande échelle.

Pour fabriquer des TSC efficaces entièrement en pérovskite, les ingénieurs doivent être en mesure de développer des absorbeurs de pérovskite uniformes et de haute qualité grâce à des processus de cristallisation. Les absorbeurs sont des couches semi-conductrices à l'intérieur des cellules solaires qui absorbent les photons (c'est-à-dire les particules de lumière) et excitent les électrons pour créer un photocourant à partir de la lumière du soleil. Jusqu'à présent, cependant, un processus universel et efficace pour préparer les absorbeurs de pérovskite pour les TSC fait toujours défaut.

Des chercheurs de l'Université de Soochow et de l'Université du Sichuan ont récemment mis au point une nouvelle stratégie pour créer des absorbeurs de pérovskite de haute qualité avec des grains à l'échelle du micromètre et des durées de vie prolongées des porteurs. Cette stratégie, présentée dans un article publié dans Nature Energy , est basé sur un processus de recuit en espace fermé (CSA), une technique basée sur la chaleur qui peut être utilisée pour modifier les propriétés chimiques d'un matériau.

"La cristallisation contrôlable joue un rôle crucial dans la formation de pérovskites de haute qualité", ont écrit Changlei Wang et ses collègues dans leur article. "Ici, nous rapportons une stratégie CSA universelle qui augmente la taille des grains, améliore la cristallinité et prolonge la durée de vie des porteurs dans une faible bande interdite (faible E _g ) et à large bande interdite (large-E _g ) films pérovskites."

Remarquablement, la stratégie CSA conçue par Wang et ses collègues est universelle, car elle peut être appliquée aux pérovskites avec diverses bandes interdites pour produire des absorbeurs de haute qualité avec des grains agrandis et des durées de vie plus longues. Dans le cadre de leur étude récente, l'équipe a démontré sa généralisabilité en l'utilisant avec succès pour préparer des absorbeurs à base de pérovskites de compositions chimiques différentes.

Essentiellement, la stratégie nouvellement présentée implique la croissance de pérovskites par le biais du processus CSA, tout en gérant la présence de solvants résiduels à l'intérieur des pérovskites de phase intermédiaire (c'est-à-dire la forme de la pérovskite avant les étapes finales de recuit). Les chercheurs ont découvert que cela favorisait la croissance des grains, fusionnant les cristaux voisins à mesure que les solvants étaient lentement libérés des pérovskites.

"En plaçant les films de pérovskite de phase intermédiaire avec leurs faces vers des couvertures perméables aux solvants pendant le processus de recuit, des couches d'absorbeur de pérovskite de haute qualité sont obtenues avec un processus de libération de solvant ralenti, permettant la fabrication de cellules solaires à pérovskite à jonction unique efficaces (PVSC) et des cellules solaires en tandem entièrement pérovskites", expliquent Wang et ses collègues dans leur article.

Lors des premières évaluations, la stratégie CSA conçue par les chercheurs a permis la création d'absorbeurs de pérovskite hautement performants avec des bandes interdites faibles et larges. Ces absorbeurs ont ensuite été utilisés pour fabriquer des TSC tout pérovskite 4-T et 2-T qui présentaient des efficacités de conversion de puissance remarquables.

"Les meilleurs PCE de 21,51 % et 18,58 % pour les jonctions simples à faible E _g et large-E _g Les PVSC sont atteints et garantissent ainsi la fabrication de cellules solaires tandem à 4 bornes et 25,05 % d'efficacité à 2 bornes », ont écrit Wang et ses collègues dans leur article.

À l'avenir, la stratégie CSA introduite par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisée pour créer de meilleurs absorbeurs pour les TSC peu coûteux et efficaces qui sont uniquement basés sur les pérovskites. Cela pourrait faciliter la mise en œuvre à grande échelle de ces solutions énergétiques très prometteuses. Pendant ce temps, leur étude pourrait également inspirer d'autres équipes de recherche dans le monde à concevoir des stratégies de fabrication similaires pour produire des absorbeurs de pérovskite hautement performants. + Explorer plus loin