Le laboratoire améliore la stabilité des cellules solaires pérovskites

ParisUne étude menée par l'Université Rice a mis au point une méthode améliorée pour rendre les cellules solaires pérovskites plus stables. Ces cellules solaires utilisent des cristaux de plomb iodure de formamidinium (FAPbI3) qui permettent un fonctionnement efficace. L'étude est publiée dans le numéro d'aujourd'hui de Science. Les chercheurs ont découvert comment transformer ces cristaux en films stables et de haute qualité pouvant être utilisés dans des panneaux solaires.

Principaux enseignements de l'étude :

• Stabilité accrue des cellules solaires à base de FAPbI3, avec une diminution d'efficacité de moins de 3 % sur 1 000 heures à 85 degrés Celsius (185 Fahrenheit).
• Développement de quatre perovskites 2D différentes utilisées comme gabarits.
• Amélioration de la qualité et de l'efficacité des films FAPbI3 à l'aide de cristaux 2D comme gabarits.
• Stabilité des cellules solaires avec des gabarits 2D encore renforcée grâce à une couche d'encapsulation.

L'ingénieur de Rice, Aditya Mohite, a dirigé l'équipe et qualifié cette avancée de grande percée. Les pérovskites 2D contribuent à stabiliser le matériau FAPbI3. Elles améliorent également la formation et la qualité des cristaux de FAPbI3. De plus, les cellules solaires deviennent plus résistantes aux dommages au fil du temps.

Isaac Metcalf, étudiant diplômé et principal auteur de l'étude, a expliqué que les cristaux de pérovskite se dégradent à la fois chimiquement et structurellement. Le FAPbI3 n'est pas aussi stable au niveau de la structure, contrairement aux pérovskites 2D qui sont plus stables sur les deux plans. Utiliser les pérovskites 2D comme guides permet de maintenir le FAPbI3 stable et efficace.

L'équipe de recherche a testé quatre types différents de pérovskites 2D. Deux d'entre eux avaient une structure de surface similaire à celle du FAPbI3. Ces cristaux 2D bien assortis ont facilité la formation de films de haute qualité pour le FAPbI3. Les films présentaient moins de désordre interne et une meilleure réponse à la lumière, ce qui a conduit à une efficacité accrue.

L'utilisation de modèles en 2D a permis aux cellules solaires de durer plus longtemps et de fonctionner plus efficacement. Sans ces modèles, les cellules se dégradaient après deux jours. Grâce aux modèles, elles ont duré plus de 20 jours sans se détériorer. Ajouter une couche de protection les a rendues encore plus stables.

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Ces avancées pourraient réduire le coût de fabrication des panneaux solaires et permettre des conceptions plus légères et flexibles. Contrairement aux panneaux solaires traditionnels en silicium, les films de pérovskite peuvent être traités à basse température. Cela signifie que des panneaux solaires peuvent être fabriqués sur des surfaces en plastique ou flexibles, ce qui pourrait encore réduire les coûts.

Le silicium est le matériau le plus couramment utilisé pour les cellules solaires, mais sa production nécessite beaucoup de ressources. En revanche, les pérovskites ont vu leur efficacité passer de 3,9 % en 2009 à plus de 26 % aujourd'hui. La production de panneaux solaires en pérovskite de haute qualité est moins coûteuse et consomme moins d'énergie que celle des panneaux en silicium.

Passer à l'énergie propre est crucial. Selon l'ONU, l'énergie solaire est une option de premier plan à la place des combustibles fossiles. Des avancées technologiques dans le solaire sont nécessaires pour réduire les gaz à effet de serre d'ici 2030. Atteindre zéro émission de carbone d'ici 2050 est également essentiel.

L'ingénieur principal Aditya Mohite souligne l'importance capitale de l'énergie solaire. Les progrès dans les panneaux solaires dépendront de sources d'électricité écologiques. Cela bénéficiera également à d'autres industries, telles que la fabrication de produits chimiques.

La recherche a bénéficié de financements divers, notamment du Département de l'Énergie des États-Unis et de la Fondation Nationale pour la Science. Des scientifiques de différentes institutions américaines et internationales ont collaboré sur cette étude. Leurs efforts combinés ont été essentiels aux avancées réalisées.

Cette découverte nous rapproche de la commercialisation des panneaux solaires en pérovskite.