Un groupe de recherche international a amélioré l'efficacité des cellules solaires à pérovskite en utilisant des matériaux dotés de meilleures propriétés d'absorption de la lumière. Pour la première fois, les chercheurs ont utilisé des nanoparticules de silicium. De telles nanoparticules peuvent piéger la lumière d'une large gamme de longueurs d'onde à proximité de la couche active de la cellule. Les particules elles-mêmes n'absorbent pas la lumière et n'interagissent pas avec les autres éléments de la batterie, maintenant ainsi sa stabilité. La recherche a été publiée dans Matériaux optiques avancés .

Les cellules solaires à pérovskite sont devenues très populaires ces dernières années. Ce matériau hybride permet aux scientifiques de créer peu coûteux, efficace, et des cellules solaires faciles à utiliser. Le seul problème est que l'épaisseur d'une couche de pérovskite ne doit pas dépasser plusieurs centaines de nanomètres, mais en même temps, la pérovskite fine absorbe moins de photons incidents.

Pour cette raison, les scientifiques ont dû trouver un moyen d'améliorer les propriétés de récupération de la lumière de la couche de pérovskite absorbante sans augmenter son épaisseur. Pour faire ça, les scientifiques ont utilisé des nanoparticules métalliques. De telles particules permettent une meilleure absorption de la lumière grâce à l'excitation des plasmons de surface, mais présentent des inconvénients importants. Par exemple, ils absorbent eux-mêmes de l'énergie, chauffant ainsi et endommageant la batterie. Des scientifiques de l'Université ITMO, en collaboration avec des collègues de l'Université d'État de Saint-Pétersbourg, l'Italie et les États-Unis, proposé d'utiliser des nanoparticules de silicium pour résoudre ces problèmes.

"Les particules diélectriques n'absorbent pas la lumière, donc ils ne chauffent pas. Ils sont chimiquement inertes et n'affectent pas la stabilité de la batterie. Outre, étant très résonnant, de telles particules peuvent absorber plus de lumière dans une large gamme de longueurs d'onde. En raison de caractéristiques de mise en page spéciales, ils n'endommagent pas la structure des cellules. Ces avantages nous ont permis d'améliorer l'efficacité des cellules jusqu'à près de 19 %. Jusque là, c'est le résultat le plus connu pour ce matériau particulier de pérovskite avec des nanoparticules incorporées, " dit Aleksandra Furasova, un étudiant de troisième cycle à la Faculté de physique et d'ingénierie de l'ITMO.

Selon les scientifiques, il s'agit de la première recherche sur l'utilisation de nanoparticules de silicium pour améliorer les propriétés de récupération de la lumière de la couche supérieure absorbante. Les nanoparticules de silicium ont déjà dépassé celles plasmoniques. Les scientifiques espèrent qu'une étude plus approfondie de l'interaction entre les nanoparticules et la lumière, ainsi que leur application dans les cellules solaires à pérovskite conduiront à des résultats encore meilleurs.

« Dans nos recherches, nous avons utilisé la pérovskite MAPbI3, ce qui nous a permis d'étudier en détail comment les nanoparticules de silicium résonantes affectent les cellules solaires pérovskites. Maintenant, nous pouvons essayer d'utiliser de telles particules pour d'autres types de pérovskites avec une efficacité et une stabilité accrues. Mis à part cela, les nanoparticules elles-mêmes peuvent être modifiées afin d'améliorer leurs propriétés optiques et de transport. Il est important de noter que les nanoparticules de silicium sont très peu coûteuses et faciles à produire. Par conséquent, cette méthode peut être facilement incorporée dans le processus de production de cellules solaires, " a commenté Sergueï Makarov, responsable du Laboratoire de nanophotonique hybride et d'optoélectronique de l'ITMO.