Les points quantiques améliorent l’efficacité et l’évolutivité des cellules solaires à pérovskite
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Les pérovskites sont des composés hybrides fabriqués à partir d’halogénures métalliques et de constituants organiques. Ils montrent un grand potentiel dans une gamme d’applications, par exemple les lumières LED, les lasers et les photodétecteurs, mais leur contribution majeure est dans les cellules solaires, où ils sont sur le point de dépasser le marché de leurs homologues au silicium.
L’un des obstacles auxquels est confrontée la commercialisation des cellules solaires à pérovskite est que leur efficacité de conversion d’énergie et leur stabilité opérationnelle diminuent à mesure qu’elles augmentent, ce qui rend difficile le maintien de hautes performances dans une cellule solaire complète.
Le problème vient en partie de la couche de transport d’électrons de la cellule, qui garantit que les électrons produits lorsque la cellule absorbe la lumière seront transférés efficacement vers l’électrode du dispositif. Dans les cellules solaires à pérovskite, la couche de transport d’électrons est constituée de dioxyde de titane mésoporeux, qui présente une faible mobilité des électrons et est également sensible aux événements photocatalytiques indésirables sous la lumière ultraviolette.
Dans une nouvelle publication en La science, des scientifiques dirigés par le professeur Michael Grätzel de l’EPFL et le Dr Dong Suk Kim du Korea Institute of Energy Research ont trouvé un moyen innovant d’augmenter les performances et de les maintenir à un niveau élevé dans les cellules solaires à pérovskite, même à grande échelle. L’idée novatrice était de remplacer la couche de transport d’électrons par une fine couche de points quantiques.
Les points quantiques sont des particules de taille nanométrique qui agissent comme des semi-conducteurs et émettent de la lumière de longueurs d’onde spécifiques (couleurs) lorsqu’ils s’illuminent. Leurs propriétés optiques uniques rendent les points quantiques idéaux pour une utilisation dans une variété d’applications optiques, y compris les dispositifs photovoltaïques.
Les scientifiques ont remplacé la couche de transport d’électrons en dioxyde de titane de leurs cellules pérovskites par une fine couche de points quantiques d’oxyde d’étain (IV) stabilisé à l’acide polyacrylique, et ont découvert qu’elle améliorait la capacité de capture de la lumière des appareils, tout en supprimant également la recombinaison non radiative, un phénomène de perte d’efficacité qui prend parfois l’interface entre la couche de transport d’électrons et la couche de pérovskite proprement dite.
En utilisant la couche de points quantiques, les chercheurs ont découvert que les cellules solaires en pérovskite de 0,08 centimètre carré atteignaient un rendement de conversion de puissance record de 25,7 % (certifié 25,4 %) et une stabilité opérationnelle élevée, tout en facilitant la mise à l’échelle. Lors de l’augmentation de la surface des cellules solaires à 1, 20 et 64 centimètres carrés, l’efficacité de conversion de puissance mesurée à 23,3, 21,7 et 20,6 % respectivement.
Autres contributeurs
- Institut national des sciences et technologies d’Ulsan
- Université d’Ulsan
- Haute école spécialisée de Zurich
- Université d’Uppsala
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Original écrit par Nik Papageorgiou. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
