Des chercheurs découvrent qu’ils peuvent arrêter la dégradation des matériaux prometteurs des cellules solaires

Les ingénieurs en matériaux de Georgia Tech ont découvert le mécanisme qui provoque la dégradation d'un nouveau matériau prometteur pour les cellules solaires et ont pu l'arrêter grâce à une fine couche de molécules qui repoussent l'eau.

Leurs découvertes constituent la première étape pour résoudre l’une des principales limites des pérovskites aux halogénures métalliques, qui sont déjà aussi efficaces que les meilleures cellules solaires à base de silicium pour capter la lumière et la convertir en électricité. Ils ont rapporté leur travail dans le Journal de l'American Chemical Society.

“Les pérovskites ont le potentiel de transformer non seulement la façon dont nous produisons l'énergie solaire, mais aussi la façon dont nous fabriquons des semi-conducteurs pour d'autres types d'applications comme les LED ou les phototransistors. Nous pouvons y penser pour des applications dans les technologies de l'information quantique, telles que l'émission de lumière pour la communication quantique. “, a déclaré Juan-Pablo Correa-Baena, professeur adjoint à l'École de science et d'ingénierie des matériaux et auteur principal de l'étude. “Ces matériaux possèdent des propriétés impressionnantes et très prometteuses.”

Le développement de la pérovskite s'est accéléré, en particulier après que les ingénieurs et les chimistes ont reconnu il y a dix ans leur potentiel pour des cellules solaires plus efficaces. Le problème avec les pérovskites aux halogénures métalliques est qu'elles sont instables lorsqu'elles interagissent avec l'eau et l'oxygène, se transformant en une structure différente qui ne fonctionne pas bien pour créer de l'énergie solaire.

L’équipe de Georgia Tech a découvert pourquoi, en utilisant la diffusion des rayons X et la spectroscopie pour étudier les interactions chimiques entre les pérovskites et l’environnement. Les chercheurs ont découvert que l’interaction complexe de l’eau et de l’oxygène avec les pérovskites conduit à une instabilité ; en enlevant l'un de ceux qui préservaient la structure cristalline de capture d'énergie des pérovskites.

“Avant cet article, les gens pensaient que si vous les exposiez uniquement à l'eau, ces matériaux se dégradaient. Si vous les exposiez uniquement à l'oxygène, ces matériaux se dégradaient. Nous avons découplé les uns des autres”, a déclaré Correa-Baena, qui est également un Goizueta. Chaire de professeur en début de carrière. “Si vous empêchez l'un ou l'autre d'interagir avec les pérovskites, vous évitez surtout la dégradation.”

L'équipe de Correa-Baena, qui comprenait des collaborateurs des laboratoires nationaux de Brookhaven et d'Argonne ainsi qu'en Italie et en Allemagne, a testé leur découverte en ajoutant une fine couche d'un matériau appelé iodure de phénéthylammonium (PEAI) sur un film de pérovskite. Les molécules PEAI repoussent l’eau, et les chercheurs ont découvert que cela suffisait à stabiliser la structure des pérovskites et donc leur efficacité de conversion d’énergie.

Le PEAI présente cependant des inconvénients. “Ces molécules sont très efficaces pour empêcher l'eau d'interagir avec la pérovskite, mais elles sont également très mauvaises en termes de stabilité thermique”, a déclaré Correa-Baena.

Une fois que la lumière du soleil atteint les cellules pérovskites et qu’elles se réchauffent, les molécules PEAI commencent à bouger et leur efficacité diminue. L’équipe travaille désormais sur le problème de la stabilité thermique.

Pour cela, Correa-Baena se tourne vers Antonio Facchetti, chimiste et scientifique des matériaux de Georgia Tech, pour développer de nouvelles molécules capables d'empêcher les interactions avec l'eau et de rester stables à haute température.

Ce sera le prochain chapitre d'une histoire que Correa-Baena a déclaré que Tech écrivait pour aider à faire de la Géorgie un leader dans la technologie émergente de l'énergie solaire.

“L'industrie est déjà très intéressée, avec des entreprises aux États-Unis qui surgissent et tentent de commercialiser ce produit. Toute la technologie que nous créons ici à Georgia Tech pourra éventuellement être transposée dans l'industrie”, a-t-il déclaré. “Nous voulons créer un écosystème dans lequel la Géorgie deviendra importante dans les activités de fabrication d'énergie solaire, et nous espérons que cela inclura les pérovskites.”