La conversion photovoltaïque est considérée comme la solution ultime à la demande croissante d'énergie, pourtant les cellules solaires traditionnelles à base de silicium sont chères à produire, et la production elle-même implique une consommation d'énergie intensive. Cellules solaires hybrides organiques-inorganiques émergentes à base de pérovskite CH 3 NH 3 PbI 3 , d'autre part, sont non seulement peu coûteux à traiter mais aussi flexibles, et sont donc largement considérés comme l'une des technologies de conversion photovoltaïque de nouvelle génération les plus prometteuses.

Depuis le premier rapport en 2009, l'efficacité de conversion photovoltaïque des cellules solaires à pérovskite a augmenté de façon spectaculaire de 3,81% à 22,1% en seulement sept ans, et cette augmentation sans précédent a alimenté la poursuite mondiale de nouveaux records d'efficacité. Néanmoins, au cours des deux dernières années, le rythme des gains d'efficacité des cellules solaires à pérovskite a considérablement ralenti malgré la distance par rapport à la limite théorique projetée de 31 %. Par conséquent, les chercheurs explorent de nouvelles stratégies pour améliorer encore les performances des cellules solaires à pérovskite.

Les cellules solaires à pérovskite actuelles sont à base de CH polycristallin 3 NH 3 PbI 3 cinéma, et présentent donc inévitablement de nombreux défauts de grains et joints de grains qui affectent les performances de l'appareil. Les chercheurs ont fait des efforts pour produire en vrac CH 3 NH 3 PbI 3 des cristaux qui présentent des propriétés photovoltaïques exceptionnelles telles que la longue durée de diffusion et la durée de vie des porteurs de charge photogénérés, bien que l'intégration du cristal en vrac dans l'architecture des cellules solaires à pérovskite s'est avérée difficile.

Maintenant, une équipe de scientifiques chinois et américains dirigée par les Profs. Jiangyu Li et Jinjin Zhao ont réussi à faire pousser du CH monocristallin 3 NH 3 PbI 3 film directement sur substrat collecteur d'électrons FTO/TiO2, comme le montre la figure 1. Ils ont profité du gradient de température et de l'effet capillaire pendant le processus de croissance, leur permettant de produire un film monocristallin de haute qualité étroitement intégré sur FTO/TiO2. Cela s'avère critique, comme FTO/TiO2 est le substrat collecteur d'électrons le plus largement utilisé pour les cellules solaires à pérovskite, rendant la fabrication ultérieure du dispositif simple.

En effet, le CH monocristallin 3 NH 3 PbI 3 Le film présente d'excellentes propriétés photovoltaïques. Mesuré directement sur un substrat de verre FTO avec une faible extraction d'électrons, la photoluminescence à résolution temporelle a une durée de vie du porteur beaucoup plus longue dans le CH monocristallin 3 NH 3 PbI 3 film par rapport au film polycristallin, comme le montre la figure 2(a). Lorsqu'une couche collectrice d'électrons TiO2 est ajoutée au verre FTO, alors la durée de vie du porteur de charge chute sensiblement, grâce à une extraction électronique efficace à l'interface TiO2/pérovskite. Par conséquent, l'appareil présente un rendement de conversion photovoltaïque de 8,78 pour cent, le plus élevé signalé à ce jour pour une cellule solaire à pérovskite monocristalline. L'équipe dit que le système a beaucoup de place pour l'amélioration, et avec une optimisation continue des matériaux et des appareils, ils pensent que les cellules solaires à pérovskite monocristalline rivaliseront avec leurs homologues polycristallines dans un avenir prévisible.