Des scientifiques de l’Université de Northwestern-Ilinois (USA) ont mis au point un nouveau revêtement protecteur plus robuste, à base d’amidinium, qui prolonge considérablement la durée de vie des cellules solaires en pérovskite, ce qui les rend plus pratiques pour des applications en dehors du laboratoire. Lors d’expériences, le nouveau revêtement s’est révélé dix fois plus résistant à la décomposition que les revêtements conventionnels à base d’ammonium. Mieux encore : les cellules recouvertes d’amidinium ont également triplé leur durée de vie, c’est-à-dire le temps nécessaire pour que l’efficacité d’une cellule chute de 90 % par rapport à sa valeur initiale lorsqu’elle est exposée à des conditions difficiles.
« Cela fait longtemps que l’on travaille sur la stabilité des cellules solaires en pérovskite », explique Bin Chen, de Northwestern, qui a codirigé l’étude. « Jusqu’à présent, la plupart des rapports se concentrent sur l’amélioration de la stabilité du matériau pérovskite lui-même, sans tenir compte des couches protectrices. En améliorant la couche protectrice, nous avons pu accroître les performances globales des cellules solaires » a déclaré Mercouri Kanatzidis, de Northwestern, qui a codirigé l’étude. « En renforçant chimiquement les couches protectrices, nous avons considérablement amélioré la durabilité de ces cellules sans compromettre leur efficacité exceptionnelle, ce qui nous rapproche d’une alternative pratique et peu coûteuse aux cellules photovoltaïques à base de silicium ».
Utilisé depuis des décennies, le silicium est le matériau le plus couramment employé pour la couche absorbant la lumière dans les cellules solaires. Bien que le silicium soit durable et fiable, il est coûteux à produire et son efficacité approche de son plafond. À la recherche d’une cellule solaire moins coûteuse et plus efficace, les chercheurs ont récemment commencé à explorer les pérovskites, une famille de composés cristallins. Bien qu’elle soit prometteuse en tant qu’alternative économique au silicium, la pérovskite a une durée de vie relativement courte. L’exposition prolongée à la lumière du soleil, les fluctuations extrêmes de température, l’humidité, sont autant de facteurs qui entraînent la dégradation des cellules solaires en pérovskite au fil du temps.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont ajouté des ligands d’amidinium, des molécules stables qui peuvent interagir avec la pérovskite pour assurer une passivation des défauts et des effets protecteurs durables. Les molécules à base d’ammonium ont un atome d’azote entouré de trois atomes d’hydrogène et d’un groupe contenant du carbone, tandis que les molécules à base d’amidinium comprennent un atome de carbone central lié à deux groupes aminés. Comme leur structure permet aux électrons de se répartir uniformément, les molécules d’amidinium sont plus résistantes dans des conditions difficiles. « Les cellules solaires pérovskites les plus modernes comportent généralement des ligands d’ammonium comme couche de passivation », explique M. Yang. « Mais l’ammonium a tendance à se décomposer sous l’effet du stress thermique. Nous avons fait de la chimie pour convertir l’ammonium instable en un amidinium plus stable ».
Les chercheurs ont effectué cette conversion par un processus connu sous le nom d’amidination, dans lequel le groupe ammonium est remplacé par un groupe amidinium plus stable. Cette innovation a permis d’éviter que les cellules de pérovskite ne se dégradent au fil du temps, en particulier lorsqu’elles sont exposées à une chaleur extrême. La cellule solaire obtenue a atteint un rendement impressionnant de 26,3 %, ce qui signifie qu’elle a réussi à convertir 26,3 % de la lumière solaire absorbée en électricité. La cellule solaire revêtue a également conservé 90 % de son efficacité initiale après 1 100 heures d’essais dans des conditions difficiles, démontrant une duré de vie trois fois plus longue qu’auparavant lorsqu’elle est exposée à la chaleur et à la lumière.
Tech Xplore : https://techxplore.com/news/2024-11-coating-significantly-perovskite-solar-cell.html#google_vignette
