Les cellules solaires en pérovskite : une efficacité record de 25,1% atteinte

Des chercheurs aux États-Unis ont établi un nouveau record d’efficacité pour les cellules solaires en pérovskite grâce à une solution innovante à deux molécules. Cette découverte pourrait marquer un tournant majeur dans le domaine de l’énergie solaire.

Une solution à deux molécules pour une efficacité accrue

Les résultats de cette recherche, publiés le 17 novembre dans la revue Science, décrivent une solution à deux molécules pour surmonter les pertes d’efficacité lors de la conversion de la lumière du soleil en énergie. En incorporant d’abord une molécule pour résoudre ce que l’on appelle la recombinaison de surface, où les électrons sont perdus lorsqu’ils sont piégés par des défauts – des atomes manquants à la surface, et une seconde molécule pour perturber la recombinaison à l’interface entre les couches, l’équipe a atteint une efficacité certifiée par le Laboratoire national d’énergie renouvelable (NREL) de 25,1%, alors que les approches précédentes atteignaient des efficacités de seulement 24,09%.

« La technologie solaire en pérovskite évolue rapidement, et l’accent de la recherche et du développement se déplace de l’absorbeur massif vers les interfaces », a précisé le professeur Ted Sargent de l’Université Northwestern. « C’est le point critique pour améliorer encore l’efficacité et la stabilité et nous rapprocher de cette voie prometteuse vers une récolte solaire toujours plus efficace. »

Les cellules solaires en pérovskite : une technologie prometteuse

Les cellules solaires conventionnelles sont fabriquées à partir de plaquettes de silicium de haute pureté, dont la production est énergivore et qui ne peuvent absorber qu’une gamme fixe du spectre solaire. Les matériaux de pérovskite, dont la taille et la composition peuvent être ajustées pour « accorder » les longueurs d’onde de la lumière qu’ils absorbent, sont donc une technologie émergente favorable et potentiellement moins coûteuse, à haute efficacité.

Historiquement, les cellules solaires en pérovskite ont été confrontées à des défis pour améliorer leur efficacité en raison de leur instabilité relative. Au cours des dernières années, les avancées du laboratoire de Sargent et d’autres ont amené l’efficacité des cellules solaires en pérovskite à un niveau comparable à ce qui est réalisable avec le silicium.

Une stratégie bi-moléculaire pour résoudre les problèmes de recombinaison

Dans la présente recherche, l’équipe ne s’est pas concentrée sur l’absorption de plus de lumière solaire par la cellule, mais sur la question de la conservation et de la rétention des électrons générés pour augmenter l’efficacité. Lorsque la couche de pérovskite entre en contact avec la couche de transport des électrons de la cellule, les électrons passent de l’une à l’autre. Mais l’électron peut revenir vers l’extérieur et se remplir, ou «recombiner» avec les trous qui existent sur la couche de pérovskite.

« La recombinaison à l’interface est complexe », a indiqué l’auteur Cheng Liu, un étudiant postdoctoral dans le laboratoire de Sargent. « Il est très difficile d’utiliser un seul type de molécule pour résoudre la recombinaison complexe et retenir les électrons, nous avons donc réfléchi à la combinaison de molécules que nous pourrions utiliser pour résoudre le problème de manière plus complète. »

En synthèse

Cette recherche a permis de mettre en évidence une stratégie bimoléculaire pour augmenter l’efficacité des cellules solaires en pérovskite. En utilisant une molécule pour résoudre la recombinaison de surface et une autre pour perturber la recombinaison à l’interface entre les couches, les chercheurs ont réussi à atteindre une efficacité record de 25,1%. Cette découverte pourrait marquer un tournant majeur dans le domaine de l’énergie solaire, en rapprochant la technologie solaire en pérovskite de son plein potentiel.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la technologie solaire en pérovskite ?

La technologie solaire en pérovskite est une technologie émergente qui utilise des matériaux de pérovskite pour absorber la lumière du soleil et la convertir en énergie. Ces matériaux peuvent être ajustés pour «accorder» les longueurs d’onde de la lumière qu’ils absorbent, ce qui les rend potentiellement moins coûteux et plus efficaces que les cellules solaires conventionnelles en silicium.

Qu’est-ce que la recombinaison de surface ?

La recombinaison de surface est un phénomène où les électrons sont perdus lorsqu’ils sont piégés par des défauts, tels que des atomes manquants à la surface d’un matériau. Cela peut réduire l’efficacité d’une cellule solaire en diminuant la quantité d’énergie qu’elle peut produire.

Qu’est-ce que la solution à deux molécules ?

La solution à deux molécules est une approche innovante pour augmenter l’efficacité des cellules solaires en pérovskite. Elle consiste à utiliser une molécule pour résoudre la recombinaison de surface et une autre pour perturber la recombinaison à l’interface entre les couches d’une cellule solaire.

Quel est le nouveau record d’efficacité pour les cellules solaires en pérovskite ?

Grâce à la solution à deux molécules, les chercheurs de l’Université Northwestern ont atteint une efficacité certifiée de 25,1% pour les cellules solaires en pérovskite. C’est un nouveau record, les approches précédentes atteignant des efficacités de seulement 24,09%.

Quels sont les avantages des cellules solaires en pérovskite ?

Les cellules solaires en pérovskite ont plusieurs avantages par rapport aux cellules solaires conventionnelles. Elles sont potentiellement moins coûteuses à produire, car elles n’ont pas besoin de plaquettes de silicium de haute pureté. De plus, elles peuvent être ajustées pour absorber différentes longueurs d’onde de la lumière, ce qui peut les rendre plus efficaces.

Principaux enseignements

Références

Les résultats ont été publiés le 17 novembre 2023, dans la revue Science Science. https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adk1633