Que se cache t-il derrière des cellules solaires plus stables et performantes

Les chercheurs cherchent à améliorer la stabilité d’une classe de matériaux cristallins qui, si elle était plus stable, pourrait servir de base à des cellules solaires peu coûteuses. Ces matériaux, appelés pérovskites mixtes à base d’halogénures, combinent des matériaux organiques et inorganiques. Une nouvelle méthode de fabrication de ces pérovskites pourrait dynamiser le secteur de l’énergie solaire.

Les pérovskites mixtes à base d’halogénures

Les pérovskites mixtes à base d’halogénures sont des matériaux cristallins composés de composés chimiques appelés halogénures, qui combinent des bromures (composés de brome) et des iodures (composés d’iode).

Les matériaux résultants sont instables en raison de défauts structurels qui apparaissent en raison d’une cristallisation rapide et inégale lors de la formation du matériau. Ces défauts permettent aux bromures et aux iodures de se déplacer à l’intérieur du cristal, réduisant ainsi les performances du matériau global.

Une nouvelle méthode de fabrication

Les chercheurs du NREL ont développé une nouvelle méthode pour fabriquer des pérovskites. Le film de pérovskite mixte à base d’halogénures résultant présente moins de défauts et une meilleure stabilité. Cette nouvelle méthode permet un meilleur contrôle des taux de cristallisation des pérovskites, ce qui signifie que la structure cristalline est plus ordonnée.

Le résultat est un matériau avec moins de défauts et moins de migration d’halogénures, ce qui permet un mélange uniforme de bromure et d’iodure dans le matériau et une absorption uniforme de la lumière.

Amélioration des performances des cellules solaires

Les cellules solaires fabriquées à l’aide de la nouvelle méthode offrent de meilleures performances dans des conditions réelles.

Par rapport à la méthode de l’anti-solvant, la méthode plus douce de «gas-quench» permet de mieux contrôler la cristallisation, produisant d’abord une couche de surface riche en bromure qui induit ensuite une croissance columnaire de haut en bas pour former une structure en gradient avec moins de bromure dans la masse que dans la région de surface.

En synthèse

La nouvelle méthode de fabrication des pérovskites mixtes à base d’halogénures permet d’obtenir des cellules solaires plus stables et performantes. Cette avancée pourrait avoir un impact significatif sur le secteur de l’énergie solaire en rendant les cellules solaires plus abordables et efficaces.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que les pérovskites mixtes à base d’halogénures ?

Les pérovskites mixtes à base d’halogénures sont des matériaux cristallins composés d’halogénures, qui combinent des bromures et des iodures. Ils sont étudiés pour leur potentiel dans la fabrication de cellules solaires peu coûteuses.

2. Pourquoi ces matériaux sont-ils instables ?

Ils sont instables en raison de défauts structurels causés par une cristallisation rapide et inégale lors de la formation du matériau. Ces défauts permettent aux bromures et aux iodures de se déplacer à l’intérieur du cristal, réduisant ainsi les performances du matériau global.

3. Comment la nouvelle méthode de fabrication améliore-t-elle la stabilité des pérovskites ?

La nouvelle méthode, appelée «gas-quench», permet un meilleur contrôle des taux de cristallisation des pérovskites, ce qui entraîne une structure cristalline plus ordonnée et moins de défauts. Cela conduit à un mélange uniforme de bromure et d’iodure dans le matériau et une absorption uniforme de la lumière.

4. Quels sont les avantages des cellules solaires fabriquées avec cette nouvelle méthode ?

Les cellules solaires fabriquées avec la nouvelle méthode offrent de meilleures performances dans des conditions réelles, une mobilité de porteurs de charge plus élevée, une tension de circuit ouvert plus élevée et une stabilité améliorée.

5. Quel impact cette avancée pourrait-elle avoir sur le secteur de l’énergie solaire ?

Cette avancée pourrait rendre les cellules solaires plus abordables et efficaces, ayant ainsi un impact significatif sur le secteur de l’énergie solaire et contribuant à une transition vers des sources d’énergie renouvelables.

L’équipe a publié ses résultats dans Science : « Compositional texture engineering for highly stable wide-bandgap perovskite solar cells« 

Légende illustration principale : méthode antisolvant standard pour le traitement de la pérovskite (à gauche) produit des films granuleux qui permettent aux bromures de se déplacer. La nouvelle méthode de trempe au gaz produit un matériau beaucoup plus compact qui réduit le mouvement des bromures et améliore les performances et la stabilité. (Image : Besiki Kazaishvili, National Renewable Energy Laboratory)