Les chercheurs ont découvert le mécanisme exact qui provoque la décomposition des nouvelles cellules solaires dans l'air, ouvrir la voie à une solution.

Les cellules solaires exploitent l'énergie du soleil et offrent une alternative aux sources d'énergie non renouvelables comme les combustibles fossiles. Cependant, ils sont confrontés à des défis liés à des processus de fabrication coûteux et à une faible efficacité - la quantité de lumière solaire convertie en énergie utilisable.

Des matériaux absorbant la lumière appelés pérovskites aux halogénures de plomb organiques sont utilisés dans un nouveau type de cellules solaires qui se sont révélées très prometteuses, car elles sont plus flexibles et moins chères à fabriquer que les cellules solaires traditionnelles construites en silicium.

Cependant, les cellules pérovskites se dégradent rapidement dans des conditions naturelles, diminuant considérablement leurs performances en quelques jours. C'est l'une des raisons pour lesquelles ils ne sont actuellement pas largement utilisés.

Précédemment, une équipe dirigée par des scientifiques du département de chimie de l'Impériale a découvert que cette dégradation est due à la formation de « superoxydes » qui attaquent le matériau pérovskite. Ces superoxydes se forment lorsque la lumière frappant les cellules libère des électrons, qui réagissent avec l'oxygène de l'air.

Maintenant, dans une étude publiée dans Communication Nature , l'équipe a déterminé comment les superoxydes se forment et comment ils attaquent le matériau pérovskite, et ont proposé des solutions possibles.

Pas si super oxydes

Travaillant avec des chimistes de l'Université de Bath, l'équipe a découvert que la formation de superoxyde est facilitée par des espaces dans la structure de la pérovskite normalement occupés par des molécules d'iodure. Bien que l'iodure soit un composant du matériau pérovskite lui-même, il y a des défauts où l'iodure manque. Ces taches vacantes sont ensuite utilisées dans la formation de superoxydes.

L'équipe a découvert que le dosage du matériau avec de l'iodure supplémentaire après la fabrication améliorait la stabilité, mais qu'une solution plus permanente pourrait consister à éliminer les défauts d'iodure.

Auteur principal de la nouvelle étude, Nicholas Aristidou du Département de chimie de l'Impériale, a déclaré : « Après avoir identifié le rôle des défauts d'iodure dans la génération de superoxyde, nous avons pu améliorer avec succès la stabilité du matériau en comblant les lacunes avec des ions iodure supplémentaires. Cela ouvre une nouvelle façon d'optimiser le matériau pour une stabilité accrue en contrôlant le type et la densité des défauts présents."

Le chercheur principal, le Dr Saif Haque du département de chimie de l'Impériale, a ajouté :« Nous avons maintenant fourni une voie pour comprendre ce processus à l'échelle atomique et permettre la conception de dispositifs avec une stabilité améliorée. »

De meilleures solutions

Actuellement, le seul moyen de protéger les cellules pérovskites de la dégradation par l'air et la lumière est de les enfermer dans du verre. Cependant, les cellules solaires en pérovskite sont fabriquées à partir d'un matériau flexible conçu pour être utilisé dans une gamme de paramètres, de sorte que l'enveloppe de verre limite considérablement leur fonction.

Le Dr Haque a déclaré:"L'enveloppe de verre limite les mouvements et ajoute du poids et du coût aux cellules. L'amélioration du matériau cellulaire en pérovskite lui-même est la meilleure solution."

L'équipe espère ensuite tester la stabilité des cellules dans des conditions réelles. Les cellules seraient exposées à une combinaison d'oxygène et d'humidité, tester les cellules dans des scénarios plus pertinents.