Comment maintenir des performances stables à long terme des cellules solaires en pérovskite ?

Ces dernières années, les matériaux pérovskites sont rapidement devenus un candidat populaire pour l'énergie solaire. Cependant, l'un de ses principaux inconvénients est qu'il se décompose facilement en plein soleil. La bonne nouvelle, c'est qu'une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) vient de présenter un nouveau revêtement pour panneaux photovoltaïques en pérovskite présentant une meilleure stabilité à la lumière du soleil.

Selon un article récemment publié dans la revue Nature, des chercheurs de l'UCLA ont trouvé la cause profonde du problème et proposé une solution d'application simple pouvant être mise en œuvre dans le processus de fabrication.

Pendant longtemps, les matériaux à base de silicium ont occupé une place considérable dans le domaine des cellules solaires, et peu de matériaux peuvent les égaler en termes d'efficacité, de durabilité, de coût, etc.

Cependant, ces dernières années, avec l'essor de la recherche sur les halogénures métalliques, les pérovskites sont rapidement devenues un concurrent sérieux - en plus d'être proches de l'efficacité des matériaux à base de silicium, elles sont également plus légères, plus flexibles et moins chères.

Un problème avec les matériaux pérovskites, cependant, est qu'ils se décomposent facilement à la lumière directe du soleil, de sorte que leur efficacité diminue avec le temps.

Les tentatives précédentes des chercheurs d'ajouter des macromolécules, d'anciens pigments, des nanopoints de carbone fabriqués à partir de cheveux, des additifs bidimensionnels, des composés de poivre et même la technologie des points quantiques ont tenté de sauver les problèmes de durabilité des cellules solaires à pérovskite.

Heureusement, l'équipe de l'UCLA a trouvé le mécanisme derrière la décomposition des matériaux pérovskites. Ironiquement, le phénomène s'avère être le résultat de procédés de traitement de surface destinés à réparer les défauts et à augmenter leur efficacité.

Il est rapporté que le processus consiste à recouvrir la surface d'une couche d'ions organiques, mais l'équipe de recherche a trouvé l'inconvénient de le faire : les électrons porteurs d'énergie s'accumuleront à la surface du panneau photovoltaïque en pérovskite.

Pour aggraver les choses, cette condition perturbe à son tour l'arrangement des atomes de pérovskite, provoquant finalement leur décomposition au fil du temps.

Compte tenu de cela, l'équipe de l'UCLA a pensé à ajouter des paires d'ions positifs et négatifs dans le processus de traitement de surface pour résoudre ce problème.

Non seulement cela aide à garder la surface neutre et stable, mais cela n'interfère pas avec le processus de prévention des défauts d'origine.

Pour tester l'effet du nouveau procédé de revêtement, les chercheurs ont effectué un test de vieillissement accéléré simulé du panneau solaire pérovskite amélioré dans un environnement de lumière vive par tous les temps.

Il a été constaté que la nouvelle technologie permettait au panneau photovoltaïque pérovskite de maintenir une efficacité de conversion allant jusqu'à 87 % après 2 000 heures. Dans le groupe témoin non traité, il est tombé à 65 %.

En fin de compte, le co-auteur de l'étude, Shaun Tan, a déclaré : "Nos cellules solaires en pérovskite atteignent le rendement élevé le plus stable connu à ce jour."

Dans le même temps, l'équipe de l'UCLA a également établi de nouvelles connaissances fondamentales sur lesquelles la communauté peut développer et améliorer davantage cette technologie multi-plans pour faire progresser la conception de cellules solaires à pérovskite plus stables.