Les photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite du semi-conducteur qui les absorbe donnent naissance à ce que l'on appelle des électrons chauds. L'énergie supplémentaire par rapport à la bande interdite est perdue très rapidement, car il est converti en chaleur et ne contribue pas à la tension. Le professeur de photophysique et d'optoélectronique de l'Université de Groningue, Maria Antonietta Loi, a maintenant trouvé un matériau dans lequel ces électrons chauds conservent leurs niveaux d'énergie élevés plus longtemps. Cela pourrait permettre d'utiliser plus de leur énergie pour obtenir une tension plus élevée. Ses résultats ont été publiés le 16 janvier dans Communication Nature .

L'efficacité des panneaux solaires est entravée par un problème de boucle d'or :les photons ont besoin d'avoir juste la bonne quantité d'énergie pour être convertis en électrons libres, qui contribuent à la tension. Trop peu d'énergie, et les photons traversent le panneau solaire. Trop, et l'excès d'énergie disparaît sous forme de chaleur. Cela est dû à la création d'électrons chauds (de haute énergie). Avant de pouvoir être extraits des cellules solaires, ces électrons chauds dégagent d'abord leur excès d'énergie en provoquant des vibrations dans le matériau cristallin du panneau solaire. "Cette perte d'énergie met une limite à l'efficacité maximale des cellules solaires, " explique Loï.

Elle travaille sur un type spécial de cellule solaire qui est fait de pérovskites hybrides organiques-inorganiques. Les pérovskites portent le nom d'un minéral de formule chimique ABX 3 . En position X, les anions forment un octaèdre, en position A, les cations forment un cube autour d'eux, tandis qu'un cation central prend la position B. De nombreux matériaux de la famille des pérovskites adoptent cette structure cristalline. Les pérovskites hybrides contiennent des cations organiques en position A.

La plupart des cellules solaires hybrides à pérovskite contiennent du plomb, qui est toxique. Le groupe de Loi a récemment publié un article décrivant une efficacité record de 9 % dans une cellule solaire hybride à pérovskite contenant de l'étain inoffensif au lieu du plomb. « Quand nous avons étudié plus avant ce matériau, nous avons observé quelque chose d'étrange, " poursuit-elle. Les résultats ne pouvaient que signifier que les électrons chauds produits dans les cellules solaires à base d'étain ont mis environ mille fois plus de temps que d'habitude pour dissiper leur excès d'énergie.

"Les électrons chauds ont libéré leur énergie après plusieurs nanosecondes au lieu de quelques centaines de femtosecondes. Trouver de tels électrons chauds à longue durée de vie est ce que tout le monde dans ce domaine espère, " dit Loi. Leur durée de vie plus longue permet de récolter l'énergie de ces électrons avant qu'elle ne se transforme en chaleur. " Cela signifie que nous pourrions récolter des électrons avec une énergie plus élevée et ainsi créer une tension plus élevée dans la cellule solaire. " Les calculs théoriques montrent qu'en récolter les électrons chauds, l'efficacité maximale des cellules solaires hybrides à pérovskite pourrait passer de 33 à 66 %.

L'étape suivante consiste à découvrir pourquoi la pérovskite hybride à base d'étain ralentit la désintégration des électrons chauds. Ensuite, de nouveaux matériaux pérovskites pourraient être conçus avec des électrons chauds encore plus lents. "Ces pérovskites à base d'étain pourraient changer la donne, et pourrait finalement apporter une grande contribution à la fourniture d'une énergie propre et durable à l'avenir. »