Cellules solaires à pérovskites : 3 techniques pour percer leurs secrets

Les cellules solaires à base de pérovskites représentent une technologie prometteuse pour l’avenir de l’énergie solaire. Pour que cette technologie devienne commercialement viable, il reste essentiel de surmonter les défis liés à la stabilité et à la durabilité des cellules.

Une collaboration entre des chercheurs de l’Université de Stuttgart et du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) a permis de mieux comprendre le processus de fabrication de ces cellules solaires innovantes.

Un nouveau procédé de fabrication pour des cellules solaires

Michael Saliba et Mahdi Malekshahi, chercheurs à l’Université de Stuttgart, ont développé un nouveau procédé pour fabriquer des cellules solaires à base de pérovskites. Ces matériaux cristallins avancés ont le potentiel de révolutionner la technologie solaire. Les cellules obtenues grâce à ce procédé se sont avérées très efficaces et stables, mais les chercheurs ne comprenaient pas en détail les raisons de cette réussite.

Pour approfondir leur compréhension, Saliba et Malekshahi ont fait appel à des chercheurs du Molecular Foundry, une installation utilisateur du Département de l’Énergie des États-Unis située au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). L’équipe de Berkeley Lab a appliqué un ensemble de techniques pour révéler les changements dans les structures cristallines des matériaux des cellules solaires à pérovskites en temps réel, pendant leur fabrication avec le procédé de Saliba.

Des techniques d’imagerie pour suivre la formation des pérovskites

L’équipe de Berkeley Lab a utilisé trois techniques pour sonder les matériaux des cellules solaires à pérovskites pendant leur fabrication, observant l’évolution de leurs propriétés au fur et à mesure de leur formation. Deux matériaux ont été évalués : l’un traité avec du chlorure de phénéthylammonium (PEACl) selon le procédé du laboratoire de Saliba, et l’autre sans PEACl.

La première technique, appelée diffusion des rayons X aux grands angles en incidence rasante, a été réalisée à l’Advanced Light Source, un accélérateur de particules circulaire qui génère des faisceaux de rayons X intenses. Cette technique a révélé les changements dans les structures cristallines pendant la formation des couches de pérovskite.

La deuxième technique, la spectroscopie de photoluminescence, a mesuré la lumière émise par les échantillons lorsqu’ils étaient éclairés par un laser. Les changements dans l’énergie de la lumière émise ont fourni des informations sur la qualité des cristaux.

La troisième technique, réalisée au Molecular Foundry, consistait à éclairer les échantillons avec de la lumière blanche et à déterminer la portion de lumière absorbée par les échantillons. Cette technique a révélé des informations complémentaires aux spectres de photoluminescence et aux motifs de diffusion des rayons X, fournissant des informations supplémentaires sur la structure cristalline des échantillons.

Des résultats pour l’avenir des cellules solaires à pérovskites

Les techniques ont révélé que les cristaux dans les échantillons traités avec du PEACl se développaient plus lentement et étaient de meilleure qualité, avec une couche protectrice riche en PEACl se formant à leur surface. L’équipe pense que ces résultats expliquent l’efficacité améliorée des cellules et leur fonctionnement stable pendant plus d’un mois.

Cette collaboration entre l’Université de Stuttgart et le Berkeley Lab permet une meilleure compréhension du processus de fabrication des cellules solaires à pérovskites. Les résultats de cette étude doivent aider les chercheurs à surmonter les principaux obstacles à la commercialisation de cette technologie prometteuse, rapprochant ainsi les pérovskites d’une application à grande échelle dans le domaine de l’énergie solaire.

Les résultats, publiés dans un récent article d’Advanced Materials, permettent aux chercheurs de mieux comprendre comment fabriquer de meilleures cellules solaires en pérovskite.

Légende illustration: Carolin Sutter-Fella (debout), scientifique, et Tim Kodalle, chercheur postdoctoral, discutent de leurs recherches à l’Advanced Light Source (ALS). Crédit : Thor Swift/Berkeley Lab