Le dopage p du polymère améliore la stabilité des cellules solaires en pérovskite

Les cellules solaires à pérovskite ont attiré l’attention de la recherche en tant qu’alternative prometteuse aux cellules solaires conventionnelles à base de silicium, en raison de leur efficacité à convertir la lumière du soleil en électricité. Les cellules solaires en pérovskite sont un hybride de matériaux organiques et inorganiques et se composent d’une couche de collecte de lumière et d’une couche de transport de charge.

Cependant, les problèmes de stabilité ont entravé la commercialisation et l’utilisation généralisée des PSC, et la réalisation de la stabilité opérationnelle est devenue un cri de ralliement parmi les scientifiques dans le domaine. Aujourd’hui, des chercheurs dirigés par Michael Grätzel à l’EPFL et Xiong Li au Centre Michael Grätzel pour les cellules solaires mésoscopiques à Wuhan (Chine) ont développé une technique qui répond aux problèmes de stabilité et augmente l’efficacité des PSC.

Les chercheurs ont introduit un dérivé de fullerène fonctionnalisé par l’acide phosphonique dans la couche de transport de charge du PSC en tant que “modulateur de joint de grain”, qui aide à renforcer la structure cristalline de la pérovskite et augmente la résistance du PSC aux facteurs de stress environnementaux tels que la chaleur et l’humidité.

L’équipe a également développé un polymère radicalaire redox-actif appelé poly(sel d’oxoammonium) qui « dope p » efficacement le matériau transportant les trous, un composant crucial des PSC. Le polymère, agissant comme un “p-dopant”, améliore la conductivité et la stabilité du matériau transportant les trous, un composant crucial des cellules.

Le processus de “p-dopage” consiste à introduire des porteurs de charge électroniques à charge mobile dans le matériau pour améliorer sa conductivité et sa stabilité, et dans ce cas atténué la diffusion des ions lithium, un problème majeur qui contribue à l’instabilité de fonctionnement des PSC.

Avec la nouvelle technique, les scientifiques ont atteint des rendements de conversion de puissance de 23,5 % pour les petits PSC et de 21,4 % pour les “minimodules” plus grands. Ces efficacités sont comparables aux cellules solaires traditionnelles, avec l’avantage supplémentaire d’une stabilité améliorée pour les PSC. Les cellules solaires ont conservé 95,5 % de leur efficacité initiale après plus de 3200 heures d’exposition continue à la lumière du soleil simulée en maintenant la température à 75 °C sur toute la période, une amélioration significative par rapport aux conceptions précédentes de PSC.

La nouvelle approche peut révolutionner l’utilisation des PSC, les rendant accessibles pour une utilisation à plus grande échelle. Les chercheurs pensent que leur technique pourrait être facilement mise à l’échelle pour la production industrielle et pourrait potentiellement être utilisée pour créer des modules PSC stables et à haut rendement.

Les résultats sont publiés dans la revue La science.