Boucher les défauts qui nuisent aux performances et entravent les performances de la pérovskite

Combler les lacunes pour améliorer les performances de la pérovskite

Une technique pour améliorer certains des défauts qui limitent les performances des matériaux solaires pérovskites a été mise au point par les chercheurs du KAUST. Crédit : KAUST ; Anastasia Serin

Une molécule multifonctionnelle qui colmate divers défauts à l’échelle atomique dans les matériaux solaires pérovskites peut considérablement augmenter la longévité et la production électrique de cette technologie solaire prometteuse, ont montré des chercheurs de la KAUST.

Les pérovskites sont un matériau de cellule solaire alternatif au silicium. Ils comprennent typiquement une combinaison d’ions d’iode ou de brome chargés négativement et d’ions plomb et organiques chargés positivement. L’ajustement de la combinaison d’ions peut générer des pérovskites à large bande interdite qui capturent les longueurs d’onde solaires que le silicium n’absorbe pas efficacement. Cela suggère que les deux matériaux pourraient être combinés dans des cellules en tandem pour capter encore plus d’énergie du Soleil.

Cependant, les pérovskites présentent inévitablement des défauts, par exemple lorsqu’un ion particulier ne s’est pas mis en place lors de la fabrication, laissant un espace dans la structure. Ces sites réactifs peuvent contribuer à une baisse rapide des performances, à moins qu’ils ne puissent être bouchés. « La passivation des défauts est très importante pour améliorer la stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite », explique Furkan Isikgor, chercheur dans le groupe de Stefaan De Wolf.

Les sites de défaut dans les pérovskites peuvent être chargés positivement ou négativement selon l’ion manquant, mais les additifs chimiques pour la passivation des défauts peuvent généralement colmater un type de défaut ou l’autre. Mais une molécule appelée chlorhydrate de phenformine (PhenHCl) surmonte ce problème, ont montré Isikgor, De Wolf et leurs collègues.

« PhenHCl fonctionne très bien en raison de sa structure multifonctionnelle », explique Isikgor. La molécule se compose d’un groupe de tête d’ammonium électro-positif qui peut boucher les défauts chargés négativement et d’un corps de groupe amine et imine électro-négatif pour boucher les espaces positifs.

Les chercheurs ont montré que PhenHCl augmentait les rendements de conversion de puissance (PCE) des pérovskites à large bande interdite de 16,7% dans les cellules non traitées jusqu’à 20,5% dans les cellules traitées. « De plus, la passivation PhenHCl améliore le PCE des cellules solaires tandem pérovskite/silicium texturées de 25,4 % à 27,4 % », explique Isikgor.

La passivation au PhenHCl a également amélioré de manière significative la stabilité de la cellule solaire à pérovskite. « Sous une lumière continue, le dispositif passivé par PhenHCl a conservé 80 pour cent de son efficacité post-brûlage pendant environ 106 heures de fonctionnement », a déclaré Isikgor. L’appareil non traité a conservé 80 pour cent de son efficacité post-brûlage pendant seulement 5 heures.

« Notre stratégie simple et holistique de passivation des défauts a considérablement amélioré la qualité des semi-conducteurs des pérovskites traitées en solution », déclare De Wolf. « Passiver les différents types de défauts pouvant être présents dans les pérovskites avec une seule molécule est très attractif pour l’industrie », ajoute-t-il. La prochaine étape consistera à intégrer la passivation PhenHCl à une production de pérovskite à grande échelle. « Simultanément, nous travaillons sur de nouvelles améliorations des performances et de la stabilité de l’appareil grâce à des tests approfondis en extérieur », ajoute De Wolf.


L’ingénierie de la fluoroéthylamine pour une passivation efficace améliore l’efficacité des cellules solaires à pérovskite


Plus d’information:
Furkan H. Isikgor et al, La passivation simultanée des défauts de pérovskite cationique et anionique permet des tandems pérovskite/silicium à 27,4% avec suppression de la ségrégation des halogénures, Joule (2021). DOI: 10.1016/j.joule.2021.05.013

Informations sur la revue :
Joule

Fourni par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah

Citation: Boucher les défauts qui entravent les performances de la pérovskite (2021, 18 août) récupéré le 18 août 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-08-performance-sapping-defects-hamper-perovskite.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.