Les chercheurs de KAUST ont fait un pas de géant dans le domaine de l’énergie solaire en développant une approche hybride innovante. L’avancée annoncée a pour objectif de booster l’industrie photovoltaïque en combinant les cellules solaires traditionnelles avec des matériaux plus innovants appelés pérovskites. Cette technologie de pointe pourrait ainsi conduire à la production de cellules solaires plus puissantes, plus efficaces et plus stables.
L’approche hybride développée par les chercheurs de KAUST vise à générer des cellules solaires plus performantes en exploitant de manière optimale le spectre de l’énergie solaire. Cette stratégie repose sur l’association de cellules solaires traditionnelles en tandem avec des matériaux innovants appelés pérovskites.
Les pérovskites constituent une vaste famille de matériaux cristallins partageant des caractéristiques structurelles générales spécifiques, basées sur une combinaison de trois types d’ions chimiques. Leurs propriétés uniques leur valent d’être intégrés dans un éventail croissant d’applications, notamment les cellules solaires, les catalyseurs et les capteurs.
Des records de performance grâce à un additif spécifique
Esma Ugur, chercheuse en énergie solaire à KAUST, a expliqué : « Notre stratégie utilise un additif spécifique lors du dépôt des couches de pérovskite halogénée pour maintenir la stabilité de la cellule supérieure en pérovskite de la structure dans les conditions opérationnelles requises. »
Les progrès impressionnants réalisés à KAUST ont permis d’atteindre des records de performance, laissant présager une utilisation plus large des pérovskites, à moindre coût et avec une efficacité accrue. Les dernières améliorations ont permis d’obtenir une distribution plus homogène de la tension à travers le film de pérovskite, conduisant à deux nouveaux records d’efficacité de conversion de puissance (PCE) pour les cellules solaires à double jonction sous lumière non concentrée.
Des avancées techniques majeures pour une stabilité renforcée
L’une des plus grandes réalisations techniques a consisté à modifier la répartition des charges positives sur la molécule clé de dichlorure de méthylènediammonium (MDACl2). Cela facilite la formation in situ de tétrahydrotriazinium (THTZ-H+). La nature cyclique du cation THTZ-H+ lui permet de former de fortes liaisons hydrogène avec les halogénures dans plusieurs directions au sein du réseau de pérovskite, améliorant ainsi la PCE globale et la stabilité des pérovskites sous une exposition prolongée à la lumière et à la chaleur.
Stefaan De Wolf, responsable de l’équipe de recherche, a souligné la complexité du travail d’équipe requis tout au long de ces travaux : « Le développement de nos cellules, de zéro jusqu’à devenir des champions de performance, a nécessité plusieurs années d’efforts de la part d’une équipe dédiée possédant une expertise dans diverses disciplines, notamment les sciences fondamentales telles que la physique et la chimie, la science des matériaux, l’ingénierie et l’ingénierie des dispositifs. »
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Quelles perspectives pour l’avenir de l’énergie solaire ?
L’équipe est optimiste quant aux progrès à venir, estimant qu’il est encore possible d’atteindre des rendements énergétiques plus élevés, bien que cela puisse nécessiter des activités de recherche et développement plus fondamentales et chronophages.
« Nous continuerons à repousser les limites des cellules tandem », a conclu Stefaan De Wolf. « Bien que nos avancées devraient être applicables dans le monde entier, elles seront particulièrement utiles pour développer des cellules solaires tandem efficaces à long terme, adaptées aux climats chauds et humides comme celui de l’Arabie saoudite. »
A noter que cette technologie est déjà sur la voie de la commercialisation, en collaboration avec plusieurs grands fabricants photovoltaïques du monde entier.
Légende illustration : Les chercheurs de l’université KAUST combinent des cellules solaires traditionnelles avec des matériaux pérovskites innovants afin d’améliorer l’efficacité et la stabilité et de mieux utiliser le spectre de l’énergie solaire. ©2024 KAUST.
Ugur, E., Said. A.A., Dally, P., Zhang. S., Petoukhoff. C.E., Rosas-Villalva, D., Zhumagali, S., Yildirim. B.K., Razzaq, A., Sarwade, S., Yazmaciyan, A., Baran, D., Laquai, F., Deger, C., Yavuz, I., Allen, T.G., Aydin, E. & De Wolf, S. – Article : « Enhanced cation interaction in perovskites for efficient tandem solar cells with silicon. ». DOI: ( 10.1126/science.adp1621 )
