Des progrès importants dans la stabilité des cellules solaires en pérovskite

L’énergie solaire, en pleine expansion, se distingue par son coût abordable et son impact significatif sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Une étude récente de l’Université Rice, publiée dans Science, propose une méthode innovante pour synthétiser le formamidinium iodure de plomb (FAPbI3), un cristal utilisé dans les cellules solaires pérovskites les plus efficaces, en films photovoltaïques ultrastables et de haute qualité.

Les cellules solaires FAPbI3, issues de cette nouvelle méthode, ont vu leur efficacité diminuer de moins de 3 % après plus de 1 000 heures de fonctionnement à 85 degrés Celsius (185 Fahrenheit). Aditya Mohite, ingénieur à l’Université Rice, a indiqué : « Nous pensons que c’est l’état de l’art en termes de stabilité. »

Les pérovskites solubles en solution permettent de créer une couche absorbante pour une cellule solaire en étalant une encre de précurseur de pérovskite sur un morceau de verre, puis en la chauffant. Cette méthode, nécessitant des températures inférieures à 150 degrés Celsius (302 Fahrenheit), pourrait permettre la fabrication de panneaux solaires sur des substrats plastiques ou flexibles, réduisant ainsi les coûts.

Amélioration de la durabilité grâce aux cristaux 2D

Les chercheurs ont utilisé des pérovskites bidimensionnelles (2D) comme gabarits pour la croissance des films FAPbI3, augmentant ainsi la stabilité et la qualité des cristaux. Isaac Metcalf, étudiant en science des matériaux et nano-ingénierie à Rice, a expliqué : « Les cristaux de pérovskite se cassent de deux manières : chimiquement et structurellement. »

Les films FAPbI3, gabarités avec des cristaux 2D bien assortis, ont montré une meilleure qualité et une réponse plus forte à l’illumination, traduisant une efficacité accrue. Les cellules solaires sans cristaux 2D se dégradaient significativement après deux jours, tandis que celles avec des gabarits 2D ne commençaient à se dégrader qu’après 20 jours.

Impact potentiel sur les technologies photovoltaïques

Ces découvertes pourraient transformer les technologies de récolte de la lumière, réduisant encore les coûts de fabrication et permettant la construction de panneaux solaires plus légers et flexibles que leurs homologues en silicium. Aditya Mohite a souligné l’importance des avancées dans les technologies solaires pour atteindre les objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre d’ici 2030.

Les pérovskites, solubles en solution, permettent de créer des panneaux solaires de haute qualité à moindre coût et avec moins d’énergie que les panneaux en silicium. Isaac Metcalf a ajouté : « Il devrait être beaucoup moins coûteux et moins énergivore de fabriquer des panneaux solaires pérovskites de haute qualité par rapport aux panneaux en silicium de haute qualité. »

Aditya Mohite a remercié Siraj Sidhik, doctorant à Rice, pour son rôle clé dans le projet, basé sur une idée théorique du professeur Jacky Even de l’Université de Rennes. Il a également exprimé sa gratitude envers les collaborateurs des laboratoires nationaux et des universités aux États-Unis et à l’étranger, dont l’aide a été essentielle à ce travail.

Les avancées dans les cellules solaires pérovskites pourraient jouer un rôle crucial dans la transition vers un système énergétique mondial sans émissions, comme l’a souligné Aditya Mohite : « Si l’électricité solaire ne se développe pas, aucun des autres processus qui dépendent des électrons verts du réseau ne se réalisera. Les photovoltaïques sont absolument critiques. »

Légende illustration : Isaac Metcalf est un étudiant diplômé en science des matériaux et en nano-ingénierie à l’université de Rice. Il est l’auteur principal d’une étude qui fait la couverture de Science. Crédit: Jeff Fitlow/Rice University

Article : « Two-dimensional perovskite templates for durable, efficient formamidinium perovskite solar cells » – DOI: 10.1126/science.abq6993