Des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder et de l’Université des sciences et technologies de Chine ont mis au point un composant en pérovskite qui atteint simultanément 26,7 % de rendement en conversion solaire et 31 % d’efficacité quantique en émission lumineuse. Une première pour un matériau polycristallin hors arséniure de gallium, bien plus onéreux et difficile à produire à grande échelle.
L’étude, publiée dans la revue Joule, bouscule un dogme bien ancré : jusqu’ici, la conception des cellules photovoltaïques et celle des diodes électroluminescentes (LED) étaient considérées comme antagonistes. Pour être efficace, une LED réclame des couches de pérovskite minces et discontinues, d’environ 50 nanomètres, afin de laisser la lumière s’échapper. Une cellule solaire, à l’inverse, a besoin de couches seize fois plus épaisses pour capter suffisamment de rayonnement. Les tentatives antérieures de fusionner les deux fonctions aboutissaient invariablement à des performances médiocres des deux côtés.
Des îlots nanoporeux qui changent la donne
L’équipe dirigée par Michael McGehee (Université du Colorado) et Jixian Xu (Université des sciences et technologies de Chine) a contourné l’obstacle en développant des îlots poreux de nanoparticules d’alumine, baptisés e-Al₂O₃, à la structure évoquant une éponge. Deux populations de nanoparticules, dotées de charges de surface opposées, s’auto-assemblent en architectures de taille micrométrique. Intégrées dans la couche de pérovskite, ces structures poreuses laissent le matériau actif croître à travers elles, maintenant la continuité électrique tout en redirigeant vers l’extérieur la lumière qui serait autrement restée piégée.
Les molécules employées pour charger les particules d’alumine remplissent une seconde fonction : elles passivent les défauts de la pérovskite, abaissant le taux de recombinaison des charges électriques aux interfaces jusqu’à des niveaux comparables à ceux des meilleures cellules en silicium. Cette qualité autorise un phénomène de recyclage photonique : les photons captifs sont réabsorbés puis réémis avec une probabilité accrue de s’échapper du dispositif.
Des chiffres certifiés et une stabilité améliorée
En configuration cellule solaire, le composant a affiché une efficacité de conversion de puissance stabilisée de 26,7 %, certifiée par un laboratoire externe. Ce chiffre a constitué le record mondial pour les dispositifs à pérovskite à jonction simple de mai 2024 à février 2025. Employé comme LED avec la même couche active de 800 nanomètres d’épaisseur, il atteint environ 31 % d’efficacité quantique externe et une radiance près de dix fois supérieure à celle d’un dispositif de contrôle à surface plane.
La robustesse n’est pas en reste : après 1 200 heures de fonctionnement continu, le dispositif conserve 95 % de son efficacité photovoltaïque initiale, contre seulement 67 % pour la version de contrôle. Un écart significatif qui suggère que l’architecture poreuse joue aussi un rôle protecteur.
Au-delà du laboratoire
Les implications pratiques dépassent le cadre académique. Des écrans capables de capter la lumière ambiante lorsqu’ils sont en veille, ou des systèmes d’éclairage récupérant de l’énergie pendant leurs phases d’inactivité deviennent envisageables sans recourir à deux technologies distinctes.
Les auteurs soulignent qu’il s’agit seulement de la deuxième fois, tous matériaux photovoltaïques confondus, qu’un dispositif polycristallin franchit simultanément les seuils de 26 % d’efficacité solaire et 30 % d’efficacité LED. Le premier à y être parvenu était l’arséniure de gallium monocristallin, dont le coût et la complexité de fabrication limitent le déploiement à grande échelle. L’exploit réalisé avec la pérovskite démontre, selon les chercheurs, que la frontière entre photovoltaïque et éclairage relève avant tout d’un défi d’ingénierie, non d’une impossibilité physique.
Article : « Passivated porous light-management structure resolves emission-photovoltaic trade-off in thick perovskite diodes » – DOI : 10.1016/j.joule.2026.102389
Source : Colorado U.
