Les scientifiques des matériaux découvrent pourquoi les cellules solaires en pérovskite se dégradent au soleil

Les scientifiques des matériaux découvrent pourquoi les cellules solaires en pérovskite se dégradent au soleil

Photo d’une cellule solaire en pérovskite à couche mince produite avec un correctif de processus de fabrication développé par des chercheurs et des collègues de l’UCLA. Crédit : Shaun Tan/UCLA

Des scientifiques des matériaux de l’UCLA Samueli School of Engineering et des collègues de cinq autres universités du monde entier ont découvert la principale raison pour laquelle les cellules solaires en pérovskite, qui sont très prometteuses pour améliorer l’efficacité de la conversion d’énergie, se dégradent à la lumière du soleil, entraînant une dégradation de leurs performances avec le temps. . L’équipe a réussi à démontrer un simple ajustement de fabrication pour corriger la cause de la dégradation, éliminant ainsi le plus grand obstacle à l’adoption généralisée de la technologie des cellules solaires à couche mince.

Un document de recherche détaillant les résultats a été publié aujourd’hui dans Nature. La recherche est dirigée par Yang Yang, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’UCLA Samueli et titulaire de la chaire dotée Carol and Lawrence E. Tannas, Jr.. Les co-premiers auteurs sont Shaun Tan et Tianyi Huang, tous deux récents UCLA Samueli Ph.D. diplômés que Yang a conseillés.

Les pérovskites sont un groupe de matériaux qui ont le même arrangement atomique ou la même structure cristalline que l’oxyde de titane calcium minéral. Un sous-groupe de pérovskites, les pérovskites aux halogénures métalliques, suscite un grand intérêt pour la recherche en raison de leur application prometteuse pour les cellules solaires à couche mince économes en énergie.

Les cellules solaires à base de pérovskite pourraient être fabriquées à des coûts bien inférieurs à ceux de leurs homologues à base de silicium, rendant les technologies de l’énergie solaire plus accessibles si la dégradation communément connue sous une longue exposition à l’éclairage peut être correctement traitée.

“Les cellules solaires à base de pérovskite ont tendance à se détériorer à la lumière du soleil beaucoup plus rapidement que leurs homologues en silicium, de sorte que leur efficacité à convertir la lumière du soleil en électricité diminue à long terme”, a déclaré Yang, qui est également membre du California NanoSystems Institute à UCLA. “Cependant, nos recherches montrent pourquoi cela se produit et fournissent une solution simple. Cela représente une percée majeure dans la commercialisation et l’adoption généralisée de la technologie pérovskite.”

Un traitement de surface courant utilisé pour éliminer les défauts des cellules solaires consiste à déposer une couche d’ions organiques qui rend la surface trop chargée négativement. L’équipe dirigée par l’UCLA a découvert que si le traitement est destiné à améliorer l’efficacité de la conversion d’énergie pendant le processus de fabrication des cellules solaires à pérovskite, il crée également involontairement une surface plus riche en électrons, un piège potentiel pour les électrons porteurs d’énergie.

Cette condition déstabilise l’arrangement ordonné des atomes et, avec le temps, les cellules solaires à pérovskite deviennent de moins en moins efficaces, ce qui les rend finalement peu attrayantes pour la commercialisation.

Forts de cette nouvelle découverte, les chercheurs ont trouvé un moyen de lutter contre la dégradation à long terme des cellules en associant les ions chargés positivement aux ions chargés négativement pour les traitements de surface. Le commutateur permet à la surface d’être plus neutre aux électrons et plus stable, tout en préservant l’intégrité des traitements de surface de prévention des défauts.

L’équipe a testé l’endurance de leurs cellules solaires dans un laboratoire dans des conditions de vieillissement accéléré et un éclairage 24h/24 et 7j/7 conçu pour imiter la lumière du soleil. Les cellules ont réussi à conserver 87 % de leurs performances de conversion originales de la lumière du soleil en électricité pendant plus de 2 000 heures. À titre de comparaison, les cellules solaires fabriquées sans le correctif ont chuté à 65 % de leurs performances d’origine après avoir été testées dans le même temps et dans les mêmes conditions.

“Nos cellules solaires en pérovskite sont parmi les plus stables en termes d’efficacité signalées à ce jour”, a déclaré Tan. “Dans le même temps, nous avons également établi de nouvelles connaissances fondamentales, sur lesquelles la communauté peut développer et affiner davantage notre technique polyvalente pour concevoir des cellules solaires à pérovskite encore plus stables.”


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Plus d’information:
Shaun Tan et al, Hétérointerfaces limitant la stabilité du photovoltaïque pérovskite, Nature (2022). DOI : 10.1038 / s41586-022-04604-5

Fourni par l’Université de Californie, Los Angeles

Citation: Les scientifiques des matériaux découvrent pourquoi les cellules solaires en pérovskite se dégradent au soleil (16 mars 2022) récupéré le 16 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-materials-scientists-perovskite-solar-cells.html

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