Efficacité de 21 pour cent ! Présentation d'un nouveau matériau de préparation pour les batteries au minerai de calcium-titane
Jan 17, 2023
Dans le cadre d'une collaboration entre des chercheurs de l'Université Monash en Australie et de l'Université de technologie de Wuhan en Chine, le duo a déclaré avoir été en mesure d'atteindre une efficacité de conversion de 21 % en utilisant l'acétate de plomb comme matériau précurseur pour la fabrication de cellules solaires formamide-césium chalcogénure.
On dit que l'efficacité est le meilleur résultat enregistré pour un appareil fabriqué à partir d'une source de plomb non halogénée. Cela pourrait ouvrir la voie à la fabrication industrielle de photovoltaïques chalcogénures durables et à haut rendement.
En règle générale, la plupart des recherches sur les cellules solaires au chalcogénure utilisent des halogénures de plomb, en particulier un composé connu sous le nom d'iodure de plomb. Cependant, l'iodure de plomb doit être pur à 99,99 % et son utilisation dans les cellules est donc coûteuse.
Pour résoudre ce problème, l'équipe est devenue la première à utiliser de l'acétate de plomb plutôt que de l'iodure de plomb pour créer des cellules solaires stables au formamide-chalcogénure de césium.
Les appareils de test ont montré une grande stabilité thermique, continuant à fonctionner après 3300 heures à 65 degrés sans perte d'efficacité.
Un module solaire prototype plus petit utilisant ces cellules a atteint un rendement de 18,8 %. De grandes surfaces de couches de chalcogénure ont été réalisées par un revêtement à la lame en une seule étape, démontrant la faisabilité potentielle de la fabrication industrielle.
L'auteur principal Jie Zhao, doctorant à l'Université Monash, a déclaré : "Nous avons pu utiliser l'acétate de plomb dans un processus de revêtement par centrifugation en une étape pour obtenir des films de chalcogénure formamide-césium parfaits et de haute qualité... Comme nous n'avons pas besoin d'un anti-solvant, nous pouvons y parvenir avec des techniques à grande échelle telles que le revêtement de lame, ce qui signifie que la faisabilité de la production industrielle est en place."
L'ingrédient secret ammonium
Par rapport au silicium, les cellules solaires à couche mince fabriquées à partir de chalcogénure ont le potentiel de transformer le secteur de l'énergie solaire car elles sont peu coûteuses à fabriquer, flexibles et ont une bande interdite réglable.
Cependant, les chercheurs sont toujours aux prises avec des problèmes de fiabilité et doivent trouver un moyen de fabriquer des dispositifs pouvant être produits commercialement.
En raison de leur excellente stabilité, les chercheurs ont déterminé que les chalcogénures fabriqués à l'aide de formamide et de césium étaient des candidats commerciaux idéaux. Les tentatives précédentes pour les synthétiser en utilisant l'acétate de plomb comme précurseur avaient échoué.
Pour étudier et résoudre ce problème, les chercheurs ont étudié les mécanismes moléculaires sous-jacents.
En utilisant la diffraction des rayons X et la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, les chercheurs ont identifié la nécessité d'utiliser l'ammonium comme cation volatil (ion chargé positivement) à un stade critique.
L'auteur collaborateur Sebastian Fürer a déclaré: "La présence d'ammonium sert à chasser l'acide acétique résiduel pendant le processus de recuit sans formation de sous-produits indésirables."
Le composé chimique acétate de plomb est un précurseur alternatif très prometteur pour créer des films lisses avec moins de défauts que l'halogénure de plomb, ont déclaré les chercheurs.
Jusqu'à présent, l'acétate de plomb n'a été utilisé que pour fabriquer des chalcogénures à base de méthylammonium ou de césium, qui sont relativement instables et inadaptés aux applications pratiques.
L'auteur correspondant Wenxin Mao a déclaré : "Nous fournissons à l'ensemble de la communauté de recherche une deuxième méthode pour fabriquer des cellules solaires au chalcogénure de haute qualité."
Récemment, des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Berlin Center ont déclaré avoir atteint une efficacité de conversion de 32,5 % dans une cellule solaire empilée, la plus élevée jamais enregistrée pour cette technologie et un record mondial. La nouvelle cellule solaire stratifiée se compose d'une cellule en silicium en bas et d'une cellule en titanite de calcium en haut.
En novembre, une équipe de recherche du Centre de recherche sur l'énergie solaire et l'hydrogène du Bade-Wurtemberg à Stuttgart, en Allemagne, a combiné du chalcogénure avec du séléniure de cuivre, d'indium et de gallium pour créer un module solaire empilé avec une efficacité de plus de 21 %.
