Des cellules solaires avec des rendements supérieurs à 20 % et produites à faible coût – les pérovskites rendent cela possible. Maintenant, des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont acquis des connaissances fondamentales sur la fonction des cellules solaires à pérovskite. Ils ont découvert que des états liés de paires électron-trou peuvent se former pendant l'absorption de la lumière. Toujours, ces paires peuvent être séparées facilement pour que le courant circule. En outre, ils améliorent l'absorption. Les travaux des scientifiques sont rapportés dans la revue Lettres de physique appliquée .

Les pérovskites sont parmi les matériaux les plus prometteurs pour les cellules solaires :lors de leur utilisation, la haute efficacité peut être combinée avec une production à faible coût. La recherche photovoltaïque se concentre sur les pérovskites aux halogénures qui contiennent à la fois des composés organiques et inorganiques et, Par conséquent, sont considérés comme des semi-conducteurs hybrides. « En moins d'une décennie, ces pérovskites ont connu un développement remarquable. Pendant ce temps, les cellules solaires à pérovskite convertissent plus de 20% de la lumière incidente directement en courant utilisable, " déclare l'expert en photovoltaïque Dr. Michael Hetterich de KIT, qui coordonne la collaboration entre le KIT et le Center for Solar Energy and Hydrogen Research Baden-Württemberg (ZSW). Le vaste potentiel des pérovskites est également évident à partir des cellules solaires en tandem qui combinent une cellule supérieure semi-transparente en pérovskite avec une cellule inférieure en silicium ou en cuivre-indium-gallium-diséléniure (CIGS). Cela permet une utilisation optimale du spectre solaire.

Les défis actuels de la recherche consistent à améliorer la stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite et à remplacer le plomb qu'elles contiennent par des éléments plus compatibles avec l'environnement. Cela nécessite une connaissance approfondie de la structure et de la fonction des couches de pérovskite. Des chercheurs de l'Institut de physique appliquée et de l'Institut de technologie de la lumière du KIT ainsi que du ZSW et de la Ludwig-Maximilians-Universität München étudient la fonction des cellules solaires en tandem à couche mince à base de pérovskites dans le cadre du CISOVSKIT (développement de cellules solaires hybrides hautement efficaces du CIGS et des matériaux pérovskites) financé par le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF). Et ils ont obtenu de nouvelles découvertes concernant la nature physique des transitions optiques. Ceci est rapporté dans un "Article en vedette" de Lettres de physique appliquée .

Les transitions optiques sont des changements de l'état énergétique des électrons dans un matériau par émission (libération) ou absorption (absorption) de photons, c'est-à-dire des particules légères. Dans sa thèse de doctorat, Fabien Ruf, qui travaille dans le groupe du professeur Heinz Kalt, TROUSSE, souligne que la transition optique fondamentale dans les cellules solaires avec un absorbeur d'iodure de plomb méthylammonium, la pérovskite aux halogénures classique, est de nature excitonique. Cela signifie que des excitons peuvent se former dans les cellules solaires après l'absorption de particules lumineuses. Les excitons sont des paires électron-trou liées qui déterminent en grande partie les propriétés optoélectroniques. L'énergie de liaison des excitons doit être surmontée afin d'obtenir des porteurs de charge gratuits et de faire circuler le courant.

Au moyen de la spectroscopie d'électroabsorption dépendante de la température, Fabian Ruf a étudié des cellules solaires semi-transparentes avec des absorbeurs d'iodure de plomb et de méthyle d'ammonium produits par Moritz Schultes de ZSW par une méthode de chimie humide. Les résultats permettent de tirer des conclusions sur les transitions excitoniques sur toute la gamme de température étudiée, de 10 Kelvin (-263°C) à température ambiante. Selon la structure cristalline de la pérovskite qui change avec la température changeante, l'énergie de liaison de l'exciton s'élève à environ 26 et 19 milliélectronvolts, respectivement. "D'où, l'énergie de liaison est suffisamment faible pour assurer une séparation thermique suffisante des porteurs de charge à température ambiante, " explique Michael Hetterich. " De plus, les effets excitoniques améliorent l'absorption. Ensemble, les deux effets permettent un fonctionnement efficace de la cellule solaire à pérovskite. »