L’énergie solaire connaît une évolution majeure grâce aux cellules à base de pérovskite. Les chercheurs de l’Université KAUST ont réalisé des progrès significatifs dans la stabilisation de ces matériaux innovants, permettant d’envisager leur utilisation dans des applications concrètes.
Les pérovskites constituent une famille de composés peu coûteux qui peuvent facilement être transformés en films minces capables de convertir la lumière en électricité. Leur composition chimique comprend généralement trois types d’ingrédients : des métaux comme l’étain ou le plomb, des ions halogènes comme le bromure ou l’iodure et des ions chargés positivement comme le césium, le méthylammonium ou le formamidinium.
L’attrait particulier des pérovskites à base d’étain et de plomb réside dans leur capacité à absorber non seulement la lumière visible, mais aussi le rayonnement proche infrarouge. Cette propriété unique permet d’envisager la création de cellules solaires tandem, combinant différentes couches spécialisées dans l’absorption de parties spécifiques du spectre solaire.
Luis Lanzetta, l’un des principaux scientifiques impliqués dans cette recherche, a expliqué : « Dans ces cellules solaires « tandem », chaque couche se spécialise dans l’absorption d’une partie spécifique du spectre solaire. Cela signifie qu’une plus grande partie des photons de la lumière solaire peut être convertie en électricité..
Le défi de la stabilité des pérovskites
Malgré leur potentiel, les pérovskites à base d’étain et de plomb se heurtent à un obstacle majeur : leur dégradation rapide au contact de l’oxygène et de l’humidité de l’air. Ce processus provoque également la transformation d’une partie de l’iodure de la pérovskite en iode, provoquant des dommages supplémentaires qui réduisent considérablement les performances du matériau en moins d’une heure.
L’équipe de recherche KAUST a étudié ce processus de dégradation en détail au niveau atomique. Cette profonde compréhension leur a permis d’élaborer des stratégies pour résoudre le problème.
Des solutions innovantes pour améliorer la stabilité
Les chercheurs ont fabriqué des pérovskites contenant divers mélanges de césium, de méthylammonium et de formamidinium. Ils ont constaté que les mélanges riches en césium présentaient une stabilité nettement supérieure à celle des autres. En revanche, les formulations riches en méthylammonium généraient environ quatre fois plus d’iode que leurs homologues riches en césium.
Des simulations informatiques suggèrent que le césium peut capturer l’iode de manière à ralentir la dégradation de la pérovskite. A l’inverse, le méthylammonium transforme l’iode en une forme encore plus active appelée triiodure. Lanzetta a souligné : « La mauvaise nouvelle est que le triiodure se forme directement à la surface de la pérovskite, où il est en contact étroit avec le matériau et est capable de l’oxyder rapidement.« .
Des résultats encourageants
Pour remédier à ce problème, les chercheurs ont ajouté à la surface du matériau une fine couche contenant du césium ou du rubidium. Ils ont également incorporé un agent chimique capable de piéger l’iode dans la pérovskite. Ces tactiques innovantes a permis de produire des cellules solaires à pérovskite avec un bon rendement de l’ordre de 18 %.
L’agent piégeur d’iode s’est révélé particulièrement efficace, garantissant que les performances cellulaires restent pratiquement inchangées après 2 heures d’exposition à l’air. Ce résultat représente une avancée significative dans la résolution du problème de stabilité des pérovskites.
Perspectives d’avenir
L’équipe de recherche prévoit d’étudier d’autres types de piégeurs d’iode et de tester différentes méthodes pour les incorporer à la pérovskite afin d’améliorer ses performances. Derya Baran, qui dirigeait l’équipe, a déclaré : « Nous pensons qu’une optimisation plus poussée des additifs éliminant l’iode pour les cellules solaires à pérovskite mènera à des technologies hautement durables.« .
Ces avancées dans la stabilisation des pérovskites à base d’étain et de plomb ouvrent de nouvelles possibilités pour le développement de cellules solaires plus efficaces et plus durables. Stabilité améliorée L’utilisation de ces matériaux constitue une étape essentielle vers leur utilisation dans des panneaux solaires et d’autres dispositifs pratiques, promettant de contribuer de manière significative à l’avenir de l’énergie solaire.
Légende de l’illustration : L’incorporation de piégeurs d’iode dans la pérovskite a amélioré ses performances, les mélanges riches en césium se révélant particulièrement plus stables que d’autres. 2024 KAUST.
Alsulami , A. , Lanzetta , L. , Huerta Hernandez , LH , Rosas Villalva , DR , Sharma , A. , Gonzalez Lopez , SP , Emwas , A.-H. Yazmaciyan , A. , Laquai , F. , Yavuz , I. & Baran, D. La formation de triiodure régit le mécanisme d’oxydation des cellules solaires à pérovskite étain-plomb via le choix du site A. Journal de la Société américaine de chimiepublication anticipée en ligne le 9 août 2024.| article.
