Les ingénieurs améliorent l’efficacité et la stabilité des cellules solaires

Les chercheurs de l’Université Purdue ont créé de nouveaux ligands multifonctionnels qui améliorent le transfert de charge, la capacité de conversion de puissance et la stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite.

La pérovskite est un matériau qui peut être formé à partir de différents éléments pour avoir une variété de caractéristiques électriques, optiques et physiques. La pérovskite peut être fabriquée sous forme de cellules solaires avec des techniques simples similaires à l’impression de journaux ; les techniques coûtent moins cher et consomment moins d’énergie que celles utilisées pour produire des cellules au silicium traditionnelles.

Les panneaux solaires en pérovskite sont également beaucoup plus fins et plus légers que les panneaux en silicium, ce qui réduit les coûts de transport et d’installation. Ils peuvent être légers et mécaniquement flexibles et portables. Mais Letian Dou, professeur agrégé de génie chimique Charles Davidson à la Davidson School of Chemical Engineering, a déclaré que les cellules solaires à pérovskite ont des caractéristiques qui limitent leur efficacité.

“Ces cellules solaires manquent d’un transfert de charge efficace et sont instables et vulnérables en cas d’exposition prolongée à la lumière, ce qui conduit souvent à une dégradation”, a déclaré Dou. “Une mauvaise stabilité signifie une durée de vie plus courte du produit, et les consommateurs devront remplacer un panneau plus fréquemment. La pérovskite peut ne pas être stable pendant 25 ans comme le silicium, mais au moins 10 ans sont nécessaires pour une commercialisation réussie. Le remplacement des panneaux ajoute également du travail Coût.”

Dou a déclaré que les cellules solaires traditionnelles nécessitent une interface critique entre la pérovskite et la couche de collecte de charge organique. Il a dit qu’une “colle” moléculaire est nécessaire, mais que les molécules conventionnelles bloquent le flux de courant.

“Nos ligands conjugués s’intègrent parfaitement dans le réseau cristallin de pérovskite et peuvent aider à construire une hétérostructure de pérovskite 2D sur 3D, ce qui améliore encore la stabilité du panneau solaire”, a déclaré Dou.

Dou et son équipe ont testé les ligands innovants dans leur laboratoire.

“Nous avons atteint une efficacité de conversion de puissance de près de 25 % avec les ligands, contre moins de 20 % sans eux”, a déclaré Dou. “Nous avons également amélioré la durée de vie à plus de 2 400 heures testées à 65 degrés Celsius, soit quatre fois plus longtemps que sans les ligands.”

Dou et son équipe prennent des mesures supplémentaires pour améliorer les ligands.

« Nous travaillons sur de nouveaux ligands pour faire avancer ce que nous avons déjà réalisé : plus de 25 % d’efficacité de conversion de puissance et plus de 10 000 heures de durée de vie opérationnelle », a déclaré Dou. “Nous travaillons également à appliquer les ligands dans des modules solaires de plus grande surface. Nous cherchons à atteindre ces objectifs d’ici un an environ.”

Dou a divulgué l’innovation du ligand conjugué au bureau de commercialisation de la technologie de la Purdue Research Foundation, qui a déposé une demande de protection par brevet sur la propriété intellectuelle.

Les recherches précédentes de Dou ont été publiées dans le numéro de juillet 2021 de Matériaux avancés et le numéro de janvier 2021 de chimie appliquée.