Cellule solaire (pérovskite) : une découverte améliore leur stabilité et efficacité

Une équipe de chercheurs a annoncé avoir réalisé des progrès majeurs dans la stabilisation et l’efficacité des cellules solaires en pérovskite, un matériau avec une structure cristalline particulière. Ces travaux pourraient non seulement amener à la commercialisation de ces cellules, mais aussi offrir un potentiel considérable dans la technologie de production d’hydrogène vert.

Une équipe de chercheurs de l’École d’énergie et de génie chimique de l’UNIST, dirigée conjointement par les professeurs Sung-Yeon Jang, Jungki Ryu et Ji-Wook Jang, en collaboration avec le professeur Sang Kyu Kwak de l’Université de Corée, a réalisé des progrès remarquables dans la stabilisation et l’efficacité des cellules solaires en pérovskite.

Les cellules solaires en pérovskite ont attiré l’attention en raison de leur toxicité réduite et de leur large capacité d’absorption de la lumière. Ces propriétés les rend très prometteuses dans les applications photovoltaïques.

La présence de lacunes ioniques inhérentes dans les pérovskites à base de plomb-étain a posé en revanche des défis, conduisant à une dégradation accélérée du dispositif par diffusion métallique interne.

Une nouvelle approche pour surmonter les défis

Pour relever ce défi, l’équipe de recherche a développé une intercouche de cathode chimiquement protectrice en utilisant du perylene diimide fonctionnalisé par amine (PDINN).

En exploitant ses sites nucléophiles pour former des complexes métalliques tridentés, le PDINN extrait efficacement les électrons et supprime la diffusion métallique interne.

L’intercouche de cathode PDINN traitée par solution a montré une performance remarquable dans la stabilisation des dispositifs photovoltaïques (PV) et photoélectrochimiques (PEC) à base de TLHP.

Le dispositif PV a atteint une efficacité impressionnante de 23,21%, avec plus de 81% de rétention après 750 heures de fonctionnement à 60 °C, et plus de 90% de rétention après 3100 heures à 23 ± 4 °C. De plus, les dispositifs PEC à base de TLHP, couplés à l’oxydation de la biomasse, ont montré un taux de production d’hydrogène solaire sans biais record de 33,0 mA cm−2, environ 1,7 fois supérieur à l’objectif fixé par le Département de l’énergie des États-Unis pour la production d’hydrogène à une seule lumière.

En synthèse

Leur conception innovante de l’intercouche de cathode a démontré avec succès le potentiel immense des TLHP pour une photoconversion efficace et stable.

« Nous avons considérablement augmenté la stabilité à long terme des PSC à base de plomb-étain », a expliqué le professeur Sung-Yeon Jang. « Notre objectif n’est pas seulement de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique, mais aussi de développer des méthodes respectueuses de l’environnement pour produire des produits chimiques de base, comme l’hydrogène, qui forment la base de diverses industries. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que les cellules solaires en pérovskite ?

Les cellules solaires en pérovskite sont un type de cellule solaire qui utilise la pérovskite, un matériau avec une structure cristalline particulière, comme couche absorbante de lumière.

Quels sont les avantages des cellules solaires en pérovskite ?

Les cellules solaires en pérovskite ont une toxicité réduite et une large capacité d’absorption de la lumière, ce qui les rend très prometteuses pour les applications photovoltaïques.

Quels sont les défis associés aux cellules solaires en pérovskite ?

La présence de lacunes ioniques inhérentes dans les pérovskites à base de plomb-étain a posé des défis, conduisant à une dégradation accélérée du dispositif par diffusion métallique interne.

Comment l’équipe de recherche a-t-elle surmonté ces défis ?

L’équipe de recherche a développé une intercouche de cathode chimiquement protectrice en utilisant du perylene diimide fonctionnalisé par amine (PDINN). Le PDINN extrait efficacement les électrons et supprime la diffusion métallique interne.

Quels sont les résultats de cette recherche ?

Le dispositif PV a atteint une efficacité impressionnante de 23,21%, avec plus de 81% de rétention après 750 heures de fonctionnement à 60 °C, et plus de 90% de rétention après 3100 heures à 23 ± 4 °C.

Références

Les résultats de cette recherche ont été publiés en ligne dans Advanced Energy Materials. L’étude a reçu le soutien de la National Research Foundation of Korea (NRF) sous l’égide du Ministry of Science and ICT (MSIT).