Des cellules solaires moins chères pourraient arriver grâce à de nouveaux matériaux

Des cellules solaires moins chères pourraient être en route grâce aux matériaux créés à l'Impériale

La cellule solaire avec la couche de ferrocène mise en évidence. Crédit : Li et al. 2022

De nouveaux appareils à cellules solaires moins chers et plus faciles à fabriquer pourraient bientôt arriver sur le marché grâce aux matériaux fabriqués à l’Imperial College de Londres.

Les cellules solaires traditionnelles sont fabriquées à partir de silicium, qui a une bonne efficacité et stabilité, mais est relativement coûteux à fabriquer et ne peut être fabriqué que dans des panneaux rigides.

Les cellules solaires en pérovskite offrent une alternative intrigante ; ils peuvent être imprimés à partir d’encres, ce qui les rend peu coûteux, très efficaces, fins, légers et flexibles. Cependant, ils ont pris du retard sur les cellules solaires au silicium en termes d’efficacité et, surtout, de stabilité, se décomposant dans des conditions environnementales normales.

De nouveaux matériaux contenant des métaux appelés ferrocènes pourraient aider à résoudre ces problèmes. Des chercheurs de la City University of Hong Kong (CityU) ont ajouté des ferrocènes de fabrication impériale dans des cellules solaires en pérovskite, améliorant considérablement leur efficacité et leur stabilité. Les résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue Science.

Le co-auteur principal, le professeur Nicholas Long, du département de chimie de l’Impériale, a déclaré : « Les cellules au silicium sont efficaces mais coûteuses, et nous avons un besoin urgent de nouveaux dispositifs d’énergie solaire pour accélérer la transition vers les énergies renouvelables. Des cellules à pérovskite stables et efficaces pourraient finalement permettre l’énergie solaire à utiliser dans plus d’applications, de l’alimentation du monde en développement à la recharge d’une nouvelle génération d’appareils portables.

“Notre collaboration avec des collègues de Hong Kong a été magnifiquement fortuite, après avoir donné une conférence sur les nouveaux composés de ferrocène et rencontré le Dr Zonglong Zhu de CityU, qui m’a demandé d’envoyer des échantillons. En quelques mois, l’équipe de CityU nous a dit les résultats étaient passionnants et nous ont demandé d’envoyer plus d’échantillons, en commençant un programme de recherche qui a abouti à des dispositifs de pérovskite qui sont à la fois plus efficaces et plus stables.”

Le pouvoir des ferrocènes

La pérovskite forme la couche « collectrice de lumière » des dispositifs de cellules solaires. Cependant, ces dispositifs ont été moins efficaces pour convertir l’énergie solaire en électricité que les cellules solaires à base de silicium, principalement parce que les électrons sont moins “mobiles” – ils sont moins capables de se déplacer de la couche de récolte aux couches de conversion d’électricité.

Les ferrocènes sont des composés avec du fer en leur centre, entourés d’anneaux de carbone en sandwich. La structure unique du ferrocène a été reconnue pour la première fois par le professeur Geoffrey Wilkinson, lauréat du prix Nobel de l’Impériale, en 1952, et les ferrocènes font toujours l’objet de recherches dans le monde entier pour leurs propriétés uniques.

Une propriété que leur structure leur confère est une excellente richesse en électrons, qui dans ce cas permet aux électrons de se déplacer plus facilement de la couche de pérovskite aux couches suivantes, améliorant ainsi l’efficacité de la conversion de l’énergie solaire en électricité.

Des tests effectués par l’équipe CityU et dans des laboratoires commerciaux montrent que l’efficacité des dispositifs à pérovskite avec une couche de ferrocène ajoutée peut atteindre 25 %, se rapprochant de l’efficacité des cellules au silicium traditionnelles.

D’une pierre deux coups

Mais ce n’est pas le seul problème résolu par les matériaux à base de ferrocène. L’équipe d’Imperial a expérimenté la fixation de différents groupes chimiques aux anneaux de carbone du ferrocène, et après avoir envoyé à l’équipe de Hong Kong plusieurs versions de ceux-ci, réalisées par Ph.D. Étudiante Stephanie Sheppard, les collaborateurs ont découvert une version qui améliore considérablement la fixation des couches de pérovskite au reste de l’appareil.

Cette puissance de fixation supplémentaire a amélioré la stabilité des appareils, ce qui signifie qu’ils ont conservé plus de 98 % de leur efficacité initiale après avoir fonctionné en continu à puissance maximale pendant 1 500 heures. L’efficacité et la stabilité acquises grâce à l’ajout d’une couche de ferrocène rapprochent ces dispositifs pérovskites des standards internationaux actuels pour les cellules silicium traditionnelles.

Le chercheur principal, le Dr Zonglong Zhu de CityU, a déclaré : « Nous sommes la première équipe à avoir réussi à faire passer la cellule solaire à pérovskite inversée à un rendement record de 25 % et à réussir le test de stabilité défini par la Commission électrotechnique internationale.

L’équipe a breveté sa conception et espère l’obtenir sous licence, mettant éventuellement ses dispositifs à pérovskite sur le marché. En attendant, ils expérimentent différentes conceptions de ferrocène pour améliorer encore les performances et la stabilité des appareils.


Des chimistes développent une stratégie pour des cellules solaires à pérovskite hautement efficaces et stables


Plus d’information:
Zhen Li et al, Interfaces organométalliques fonctionnalisées pour des cellules solaires à pérovskite inversées très efficaces, Science (2022). DOI : 10.1126/science.abm8566. www.science.org/doi/10.1126/science.abm8566

Fourni par l’Imperial College de Londres

Citation: Des cellules solaires moins chères pourraient être en route grâce à de nouveaux matériaux (2022, 21 avril) récupéré le 21 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-cheaper-solar-cells-materials.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale 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.