Illustration schématique de l'alignement des niveaux d'énergie entre les composants de l'appareil avec (a) FTO-AB et (b) FTO-BA comme ETL. Crédit :Université de Kanazawa
Les chercheurs ont superposé différentes formes minérales d'oxyde de titane pour améliorer d'un sixième l'efficacité des cellules solaires de type pérovskite. La couche d'oxyde de titane était mieux à même de transporter les électrons du centre de la cellule vers ses électrodes. Cette nouvelle approche pourrait être utilisée pour fabriquer à l'avenir des cellules solaires de type pérovskite encore plus efficaces.
Alors que la plupart des cellules solaires sont en silicium, de telles cellules sont difficiles à fabriquer, nécessitant des chambres à vide et des températures supérieures à 1000 °C. Les efforts de recherche se sont donc récemment concentrés sur un nouveau type de cellule solaire, à base de pérovskites aux halogénures métalliques. Les solutions de pérovskite peuvent être imprimées à peu de frais pour créer des cellules solaires bon marché.
Dans les cellules solaires, les pérovskites peuvent transformer la lumière en électricité, mais elles doivent être prises en sandwich entre une électrode négative et positive. L'une de ces électrodes doit être transparente, cependant, pour permettre à la lumière du soleil d'atteindre les pérovskites. Non seulement que, tout autre matériau utilisé pour aider les charges à s'écouler des pérovskites vers l'électrode doit également être transparent. Les chercheurs ont déjà découvert que de fines couches d'oxyde de titane sont à la fois transparentes et capables de transporter des électrons vers l'électrode.
Maintenant, une équipe de recherche basée au Japon et centrée à l'Université de Kanazawa a mené une étude plus détaillée sur les cellules solaires à pérovskite en utilisant des couches de transport d'électrons constituées d'anatase et de brookite, qui sont différentes formes minérales d'oxyde de titane. Ils ont comparé l'impact de l'utilisation de couches d'anatase pure ou de brookite ou de combinaison (anatase au-dessus de la brookite ou de la brookite au-dessus de l'anatase). L'étude de l'équipe a récemment été publiée dans la revue ACS Lettres nano .
Courbes J-V des PSC avec FTO-A, FTO-B, FTO-AB, et FTO-BA en tant qu'ETL. Images en médaillon :image STEM des NP de TiO2 de brookite, dispersion de la brookite et structure cristallographique de la brookite TiO2 avec le polyèdre TiO6 mis en évidence (les atomes bleus et rouges représentent le titane et l'oxygène, respectivement). Crédit :Université de Kanazawa
Les couches d'anatase ont été fabriquées en pulvérisant des solutions sur du verre recouvert d'une électrode transparente qui a été chauffée à 450 °C. Pendant ce temps, les chercheurs ont utilisé des nanoparticules de brookite solubles dans l'eau pour créer les couches de brookite, car les encres solubles dans l'eau sont plus respectueuses de l'environnement que les encres conventionnelles. Ces nanoparticules ont donné de mauvais résultats dans le passé; cependant, l'équipe a prédit que les couches combinées résoudraient les problèmes rencontrés précédemment lors de l'utilisation des nanoparticules.
« En superposant de la brookite à l'anatase, nous avons pu améliorer l'efficacité des cellules solaires jusqu'à 16,82 %, ", explique le co-auteur de l'étude, Koji Tomita.
Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour optimiser les cellules solaires à pérovskite, notamment via l'empilement et la manipulation contrôlés des différentes formes minérales de l'oxyde de titane.
Image SEM en coupe transversale de la PSC avec une jonction hétérophase FTO-AB ETL. Crédit :Université de Kanazawa
"L'utilisation de différentes phases minérales et de combinaisons de ces phases permet un meilleur contrôle du transport d'électrons hors de la couche de pérovskite et empêche également les charges de se recombiner à la frontière entre le matériau de pérovskite et la couche de transport d'électrons, " dit le premier auteur Md. Shahiduzzaman. "Ensemble, ces deux effets nous permettent d'atteindre des rendements de cellules solaires plus élevés. »
Comprendre comment créer des cellules solaires à pérovskite plus efficaces est important pour développer une nouvelle génération de des cellules solaires à faible coût qui pourraient fournir une énergie propre et abordable à l'avenir.
