Les cellules solaires pérovskites de nouvelle génération se rapprochent d’une utilisation commerciale

À mesure que les technologies liées aux énergies renouvelables progressent, les chercheurs s’efforcent de rendre l’énergie solaire plus efficace, plus abordable et plus durable. Des scientifiques de l’université technologique de Kaunas (KTU), en Lituanie, en collaboration avec des partenaires internationaux, ont atteint l’un des rendements les plus élevés jamais enregistrés pour des cellules solaires en pérovskite entièrement inorganiques. Ils ont également démontré pour la première fois que ces cellules peuvent fonctionner de manière stable pendant des centaines d’heures, se rapprochant ainsi de la fiabilité des cellules solaires commerciales en silicium.

« Les cellules solaires en pérovskite sont l’une des technologies solaires qui connaissent la croissance la plus rapide au monde : elles peuvent être légères, minces et flexibles, et surtout, elles sont fabriquées à partir de matériaux peu coûteux », a indiqué le Dr Kasparas Rakštys, chercheur à la faculté de chimie de l’université technologique de Kaunas (KTU) en Lituanie.

Cependant, le développement de ces cellules est limité par leur plus grand défi : la dégradation relativement rapide de la pérovskite, qui entraîne une baisse de l’efficacité et des propriétés des matériaux lorsqu’ils sont exposés à des conditions atmosphériques changeantes telles que l’humidité, la température ou la pression.

Une invention ouvre de nouvelles possibilités dans le domaine de la chimie des matériaux

Pour rendre la technologie pérovskite commercialement viable, il est essentiel de garantir sa stabilité à long terme. L’une des méthodes les plus importantes pour réduire les défauts et protéger la surface contre les facteurs externes est la passivation. Ce processus rend la surface de la pérovskite plus résistante à la température, à l’humidité et à d’autres conditions environnementales, prolongeant ainsi la durée de vie du dispositif. « La passivation rend la surface de la pérovskite chimiquement inactive, éliminant les défauts introduits pendant la production », explique le chercheur de la KTU.

Cette stratégie fonctionne particulièrement bien dans les pérovskites hybrides : une fine couche 2D au-dessus d’une surface pérovskite 3D protège non seulement le matériau de l’humidité, mais améliore également son efficacité et sa durabilité. Cependant, avec des pérovskites entièrement inorganiques, la situation est beaucoup plus compliquée. « En termes simples, les couches 2D n’adhèrent pas à la pérovskite inorganique pure », explique le Dr Rakštys.

En collaboration avec des partenaires internationaux, les scientifiques de la KTU se sont attelés à résoudre ce problème. La solution a été trouvée dans un laboratoire de la KTU, où des cations ammonium 2D perfluorés ont été synthétisés. Les atomes de fluor, fortement électronégatifs, réduisent la densité électronique du groupe ammonium, ce qui permet la formation de liaisons hydrogène entre le groupe ammonium d’ancrage et les fragments d’iodure de plomb.

« Le résultat a été la formation d’une couche 2D stable à la surface de la pérovskite inorganique 3D. Cette fois-ci, les couches 2D ont finalement adhéré, formant des hétérostructures robustes qui restent stables même à des températures élevées », souligne le Dr Rakštys.

Cette réalisation est particulièrement importante sur le plan fondamental. Jusqu’à présent, on pensait que de telles structures étaient difficiles à obtenir dans des pérovskites entièrement inorganiques. La création réussie d’hétérostructures 2D/3D stables ouvre de nouvelles possibilités dans le domaine de la chimie des matériaux et offre davantage d’outils aux scientifiques qui développent des technologies solaires plus fiables.

L’un des meilleurs résultats en termes d’efficacité a été obtenu

En intégrant cette stratégie de passivation dans les cellules solaires, l’équipe a atteint l’un des rendements les plus élevés à ce jour, soit plus de 21 %. De plus, lors de la construction de mini-modules solaires en pérovskite dont la surface active est plus de 300 fois supérieure à celle des cellules en pérovskite standard testées en laboratoire, ces mini-modules ont atteint un rendement de près de 20 %. Ils ont également démontré un fonctionnement stable pendant plus de 950 heures à 85 °C sous une lumière continue, ce qui constitue une réalisation encore plus impressionnante.

Selon l’expert de la KTU, il s’agit de l’un des meilleurs résultats jamais enregistrés pour des dispositifs à base de pérovskites entièrement inorganiques. « Bien que les cellules solaires n’atteignent normalement pas des températures aussi élevées dans des conditions de fonctionnement réelles, ces tests de stabilité standardisés sont utilisés pour évaluer leur durabilité à long terme, et une telle stabilité est pratiquement comparable aux exigences des cellules commerciales en silicium », ajoute-t-il.

Cette recherche a été menée par une équipe internationale de plus de 20 scientifiques et publiée dans Nature Energy, l’une des revues scientifiques les plus prestigieuses. Elle représente non seulement une avancée technologique, mais aussi une reconnaissance mondiale significative. Selon le Dr Rakštys, de telles réalisations démontrent que les technologies solaires de nouvelle génération se rapprochent de leur commercialisation réelle.

Article : « Cation interdiffusion control for 2D/3D heterostructure formation and stabilization in inorganic perovskite solar modules » – DOI : 10.1038/s41560-025-01817-6