Un matériau pour les cellules solaires à pérovskite améliore leur stabilité et leur efficacité

L’énergie solaire, considérée comme l’une des sources d’énergie les plus propres et les plus abondantes, est au cœur des recherches visant à optimiser son exploitation. Une équipe de chimistes de l’Université de Technologie de Kaunas (KTU), en Lituanie, a récemment développé un matériau novateur destiné aux cellules solaires à pérovskite, marquant ainsi un pas de plus vers l’amélioration de l’efficacité et de la stabilité de ces dispositifs.

Les cellules solaires à pérovskite (PSC) captent l’attention de la communauté photovoltaïque grâce à leur remarquable efficacité de conversion d’énergie. Leur potentiel de production à faible coût, à partir de matières premières abondantes, les positionne comme une technologie photovoltaïque d’avenir. Toutefois, la stabilité à long terme des dispositifs à pérovskite sous des conditions de fonctionnement réelles demeure un défi à relever pour répondre aux exigences du marché.

Le nouveau dérivé de 9,9′-spirobifluorène, portant des groupes vinyles thermiquement réticulables et synthétisé par l’équipe de la KTU, offre une solution prometteuse à ces défis. Après réticulation thermique, un réseau polymère tridimensionnel (3D) lisse et résistant aux solvants se forme, servant de matériau de transport de trous pour la construction de cellules solaires à pérovskite.

Une Technologie Prometteuse pour l’Industrie Photovoltaïque

« La copolymérisation se déroule à une température relativement basse (103°C), rendant cette technologie sûre pour l’application d’une couche sur la pérovskite, qui ne résiste pas à des températures supérieures à 140°C. Un autre aspect crucial est que le processus de polymérisation est incroyablement rapide, en raison de la configuration spatiale spécifique du monomère », explique Šarunė Daškevičiūtė-Gegužienė, l’une des auteures de l’invention et doctorante à la Faculté de Technologie Chimique de la KTU.

Les dispositifs résultants ont montré une meilleure efficacité de conversion d’énergie et, surtout, une stabilité supérieure par rapport aux matériaux de transport de trous conventionnels (PTAA ou Spiro-OMeTAD).

Potentiel de Commercialisation et Collaboration Internationale

Le monomère, synthétisé dans les laboratoires de la KTU, permet de produire facilement des polymères tridimensionnels (3D) résistants aux solvants, utilisables dans les deux types de cellules solaires à pérovskite. « La synthèse du polymère est réalisée par chauffage des couches de monomère pendant seulement 15 minutes, produisant des matrices polymères insolubles spatialement structurées », précise le professeur Vytautas Getautis, chercheur principal du groupe de recherche en Synthèse de Semi-conducteurs Organiques à la KTU.

Le matériel novateur synthétisé présente un fort potentiel de commercialisation, ce qui a conduit au dépôt d’une demande de brevet auprès des offices de brevets de l’UE, des États-Unis et du Japon.

Les résultats obtenus sont le fruit d’une collaboration réussie entre scientifiques lituaniens et japonais. « Depuis plusieurs années, notre groupe de recherche collabore avec celui du Prof. Atsushi Wakamiya à l’Université de Kyoto, une référence dans le domaine des cellules solaires à pérovskite, reconnue non seulement au Japon mais aussi à l’échelle mondiale », souligne le Prof. Getautis.

Le groupe de recherche de la KTU, sous la direction du Prof. Getautis, est à l’origine de nombreuses innovations dans le domaine de la technologie solaire. Parmi celles-ci, des composés qui s’auto-assemblent en une couche moléculaire agissant comme matériau de transport de trous, utilisés pour construire des cellules solaires tandem silicone-pérovskite record.

« L’énergie solaire est entièrement verte – elle ne pollue pas et les fermes solaires installées nécessitent peu d’entretien. Face aux événements actuels et à la crise énergétique, de plus en plus de personnes s’intéressent à l’installation de centrales solaires chez elles ou à la possession d’une part de ferme solaire. C’est l’avenir de l’énergie », conclut le Prof. Getautis.

Légende illustration : Panneaux solaires sur le toit du centre de prototypage KTU M-Lab, Kaunas, Lituanie. Crédit KTU

Article : « In Situ Thermal Cross-Linking of 9,9′-Spirobifluorene-Based Hole-Transporting Layer for Perovskite Solar Cells » – DOI: 10.1021/acsami.3c13950