Les cellules solaires à pérovskite ont suscité une attention considérable en tant qu’alternative peu coûteuse et à haut rendement aux photovoltaïques conventionnels au silicium. Cependant, les défauts dans les films de pérovskite entravent le transport des charges, ce qui entraîne une perte d’énergie et une stabilité opérationnelle compromise.
Une solution à ce problème est le « traitement de passivation » — un processus qui ajoute des produits chimiques tels que des sels simples ou des molécules organiques au film. Ces petites molécules ou ions se fixent sur les défauts du matériau pérovskite, empêchant ainsi les défauts d’interférer avec le flux électrique. Malheureusement, vérifier l’efficacité interne des différents traitements de passivation reste difficile car la plupart des techniques de caractérisation ne sondent que la surface ou fournissent des informations macroscopiques moyennées.
Cependant, des chercheurs du Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) de la Chinese Academy of Sciences (CAS) ont réalisé une percée importante en développant une technique d’imagerie électrique tridimensionnelle (3D) qui révèle directement comment les traitements de passivation des défauts fonctionnent dans les films de pérovskite.
L’étude a été publiée dans Newton le 31 décembre.
La technique utilise la microscopie à force atomique conductrice tomographique (TC-AFM) pour visualiser la distribution du courant à travers les films de pérovskite en enlevant séquentiellement des couches ultraminces du film tout en mesurant la conductivité électrique locale à différentes profondeurs. En empilant ces mesures, une carte 3D du transport des charges à l’intérieur du film peut être reconstruite avec une résolution nanométrique.
En utilisant cette approche, les chercheurs ont caractérisé les comportements électriques internes des films de pérovskite traités avec différentes stratégies de passivation. Les films non traités présentaient de vastes régions de faible conductivité qui entravaient le transport des charges. La passivation en volume a significativement réduit ces zones résistives à l’intérieur du film, particulièrement le long des joints de grains. En revanche, la passivation de surface a principalement amélioré la conductivité près de l’interface supérieure — un facteur critique pour l’intégration des dispositifs. Fait important, ils ont découvert que les films traités à la fois par passivation en volume et de surface présentaient les voies conductrices les plus uniformes et continues, les régions restantes de faible conductivité étant largement confinées à la surface.
« Ces caractéristiques électriques microscopiques sont étroitement corrélées avec les performances résultantes de la cellule solaire, établissant un lien direct entre le transport de charge 3D à l’intérieur du film et l’efficacité globale du dispositif », a souligné le professeur XIAO Chuanxiao, auteur correspondant de l’étude.
En fournissant une vue directe et tridimensionnelle de la migration des porteurs de charge à travers les films de pérovskite, ce travail offre un outil puissant pour évaluer et optimiser les stratégies de passivation. Cette méthode ouvre la voie à la conception rationnelle de matériaux pérovskites de meilleure qualité, permettant des cellules solaires à pérovskite plus efficaces et stables, tout en faisant progresser une large gamme de dispositifs électroniques et optoélectroniques à couches minces.
Journal : Newton – DOI : Lien vers l’étude
