Les scientifiques ont fait une grande découverte concernant les performances des cellules solaires en pérovskite
Les pérovskites sont devenues un matériau passionnant pour les cellules solaires de la prochaine génération, mais elles ne sont pas sans problèmes. Bien qu’elles promettent de grands progrès en matière d’efficacité, le maintien de la stabilité et du bon fonctionnement de tous les éléments de la cellule s’est avéré une tâche difficile. Des scientifiques australiens ont trouvé une solution à l’une des principales raisons de cette situation, en découvrant que des doses de lumière à haute intensité peuvent être utilisées pour éviter les déformations qui nuisent normalement aux performances de la cellule.
Si les cellules solaires pérovskites sont considérées comme si prometteuses, c’est parce qu’elles ont rapidement rivalisé avec les cellules solaires conventionnelles en termes de rendement de conversion. En 10 ans de développement, ces cellules ont atteint des rendements de plus de 20 %, et même jusqu’à 27,7 % dans les conceptions en tandem qui incorporent à la fois du silicium et de la pérovskite.
Cette nouvelle recherche se concentre sur un type de cellule solaire en pérovskite qui utilise des matériaux baptisés pérovskites à halogénures mixtes, qui offrent une meilleure tolérance à l’humidité, aux rayons UV et aux températures élevées que les modèles précédents et qui ont été salués comme un « changement de paradigme » dans le domaine du photovoltaïque. Mais les pérovskites aux halogénures mixtes ne sont pas non plus sans problèmes de stabilité, car elles sont souvent confrontées à ce que l’on appelle la ségrégation de phase induite par la lumière.
Celle-ci se produit lorsque la lumière, y compris la lumière du soleil, frappe la cellule et défigure ses éléments délicatement disposés. Cela compromet la capacité de la cellule à absorber la lumière et donc ses performances. Étant donné le potentiel des pérovskites à halogénures mixtes, de nombreux efforts ont été déployés pour comprendre les causes de cette ségrégation de phase induite par la lumière, ainsi que les solutions possibles. Et il se trouve que l’équipe à l’origine de cette nouvelle avancée en a peut-être trouvé une par hasard.
« C’est l’une de ces découvertes inhabituelles dont on entend parfois parler en science », déclare l’auteur de l’étude, Chris Hall, de l’université de Melbourne. « Nous effectuions une mesure, en cherchant quelque chose d’autre, et nous sommes tombés sur ce processus qui, à l’époque, nous semblait assez étrange. Cependant, nous avons rapidement réalisé qu’il s’agissait d’une observation importante ».
L’équipe a découvert qu’en soumettant la cellule pérovskite à des doses de lumière de haute intensité, elle pouvait neutraliser les contraintes qui seraient normalement placées sur la structure de son réseau ionique sous-jacent. Au lieu que ces souches déclenchent la ségrégation des éléments clés, la lumière à haute intensité les fait fusionner, évitant ainsi les déformations fatales.
« Par une journée ensoleillée normale, l’intensité est si faible que ces déformations sont encore localisées », explique le Dr Stefano Bernardi de l’université de Sydney, co-auteur du livre. « Mais si vous trouvez un moyen d’augmenter l’excitation au-delà d’un certain seuil, par exemple en utilisant un concentrateur solaire, alors la ségrégation disparaît ».
Il reste à voir comment exactement cette fonctionnalité pourrait être incorporée dans une cellule solaire pérovskite, mais les chercheurs décrivent les résultats comme significatifs, et pensent que le dur labeur est maintenant derrière eux.
« Nous avons fait le travail fondamental et la prochaine étape est de le mettre dans un dispositif », conclut Chris Hall.
https://www.nature.com/articles/s41563-020-00826-y
