La conception des panneaux solaires de la prochaine génération peut désormais être améliorée grâce à une meilleure compréhension fondamentale de la structure d’un composant clé.
Les travaux menés par le Centre d’excellence de l’ARC en science des excitons ont montré que les films minces bidimensionnels (2D) utilisés dans certaines cellules solaires en pérovskite ressemblent beaucoup à un sandwich. La pérovskite est un matériau passionnant à la pointe de la recherche et de la conception en matière d’énergie solaire.
Auparavant, les scientifiques pensaient que ces films de pérovskite en 2D avaient une structure « à gradient », dans laquelle certains composants se trouvaient en profondeur dans le matériau, tandis que d’autres éléments complémentaires se trouvaient plus près de la surface, comme la garniture d’un biscuit.
Cependant, dans un article publié dans le Journal of Materials Chemistry C, les membres de l’Exciton Science de l’université de Melbourne, ainsi que des collaborateurs de l’agence scientifique nationale australienne CSIRO et de l’université de Shandong, ont apporté la preuve d’une structure de type sandwich, dans laquelle deux couches de même type (le pain) entourent une couche centrale contrastée (la garniture).
Cette disposition encourage les excitons – des quasi-particules importantes pour la conversion de la lumière solaire en électricité – à se déplacer de la couche centrale vers les deux surfaces du film, tandis que les porteurs libres transportent la charge pour la collecter par des électrodes, ce qui permet d’obtenir une production d’énergie solaire plus efficace lorsqu’elle est incorporée dans des dispositifs.
« Un véritable problème a été de comprendre ce qu’est réellement la structure de ces cellules solaires en pérovskite 2D« , a déclaré l’auteur correspondant, le professeur Ken Ghiggino.
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« Il y a eu pas mal de controverses dans la littérature. L’avancée que nous avons réalisée est de découvrir quelle est la structure réelle de ces films et comment ils fonctionnent dans une cellule solaire. »
Les dispositifs en pérovskite 2D présentent un intérêt particulier en raison de leur stabilité et de leur durabilité supérieures à celles des cellules en pérovskite « 3D ». Des prototypes de dispositifs 2D, développés par les chercheurs à l’aide de l’infrastructure et de l’expertise du CSIRO, ont démontré une efficacité de 13%.
Grâce à une meilleure compréhension fondamentale de la structure, les chercheurs vont maintenant tenter d’augmenter l’efficacité du dispositif en modifiant l’épaisseur des couches dans le « sandwich » de pérovskite.
Outre les cellules solaires, les films de pérovskite 2D améliorés ont d’importantes applications dans les diodes électroluminescentes (DEL) et les photodétecteurs, comme l’imagerie vidéo, les communications optiques, l’imagerie biomédicale, la sécurité, la vision nocturne, la détection de gaz et la détection de mouvement.
L’auteur principal, le Dr Fei Zheng, a déclaré : « C’est la première fois qu’une structure sandwich est proposée par rapport au modèle classique de distribution de gradient. Nous pensons que cette découverte contribuera à l’optimisation de la conception et des dispositifs pour améliorer les performances des cellules et des LED en 2D. »
