Des cellules solaires moins chères, avec 20,2% d’efficience

Des scientifiques de l’EPFL ont développé un matériau pour panneaux solaires capable de diminuer les coûts du photovoltaïque tout en atteignant un rendement de conversion électrique de 20,2%.

Certaines des cellules solaires les plus prometteuses aujourd’hui utilisent des films captant la lumière constitués de pérovskites – un groupe de matériaux partageant une structure moléculaire caractéristique. Toutefois, les cellules solaires à base de pérovskites utilisent des matériaux transporteurs de trous coûteux, dont la fonction consiste à déplacer les charges positives générées par la lumière frappant le film de pérovskite.

Les scientifiques de l’EPFL, qui publient dans Nature Energy, ont développé un matériau transporteur de trous considérablement meilleur marché, qui ne coûte qu’un cinquième de ceux qui existent, tout en maintenant l’efficience des cellules solaires au-dessus de 20%.

Comme la qualité des films de pérovskite s’accroît, les chercheurs cherchent d’autres moyens pour améliorer les performances générales des cellules solaires. Cette recherche s’oriente vers l’autre élément-clé d’un panneau solaire, la couche transporteuse de trous, et plus spécifiquement, les matériaux qui la constituent. Il n’y a actuellement que deux matériaux transporteurs de trou à disposition pour les cellules solaires à base de pérovskite. Les deux types sont très coûteux à synthétiser, ce qui ajoute au coût global de la cellule solaire.

Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs conduite par Mohammad Nazeeruddin à l’EPFL a développé un matériau transporteur de trous modifié au niveau moléculaire, appelé FDT, qui peut réduire les coûts tout en conservant l’efficience à des niveaux compétitifs. Les tests ont montré que l’efficience du FDT s’élevait à 20,2% – plus haut que les alternatives plus coûteuses. Et parce que le FDT peut être facilement modifié, il apparaît comme l’ébauche de toute une génération de nouveaux matériaux transporteurs de trous à bas coût.

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« Les cellules solaires à pérovskite les plus performantes utilisent des matériaux transporteurs de trous qui sont difficiles à produire et à purifier et dont le coût est prohibitif, plus de 300 euros le gramme, ce qui empêche leur pénétration sur le marché », dit Nazeeruddin. « En comparaison, le FDT est facile à synthétiser et à purifier, et on estime son coût à un cinquième de celui des matériaux existants – tout en égalant, voire en dépassant leur performance. »

Cette étude a été conduite par le Group for Molecular Engineering of Functional Materials de l’EPFL, en collaboration avec l’Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italie), Panasonic Corporation (Japon), Le Laboratory for Photomolecular Science and Laboratory of Photonics and Interfaces de l’EPFL, et le Qatar Environment and Energy Research Institute. Elle a été financée par le European Union Seventh Framework Programme (MESO; ENERGY; NANOMATCELL), le Fonds national suisse, et Nano-Tera.

Reference

Saliba M, Orlandi S, Matsui T, Aghazada S, Cavazzini M, Correa-Baena J-P, Gao P, Scopelliti R, Mosconi E, Dahmen KH, De Angelis F, Abate A, Hagfeldt A, Pozzi G, Graetzel M, Nazeeruddin MK. A molecularly engineered hole-transporting material for efficient perovskite solar cells.Nature Energy 15017, 18 January 2016. DOI: 10.1038/NENERGY.2015.17