Les ingénieurs éliminent les concavités de surface pour produire des cellules solaires à pérovskite plus efficaces et plus stables

Une équipe de recherche de l’École d’ingénierie de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a montré l’existence de concavités de surface sur des grains de cristal individuels, qui sont les éléments fondamentaux des films minces de pérovskite, tout en révélant leurs effets significatifs sur les propriétés et la fiabilité du film.

Sur la base de cette découverte scientifique fondamentale, l’équipe a mis au point une nouvelle méthode permettant de rendre les cellules solaires à pérovskite plus efficaces et plus stables grâce à une chimio-élimination des concavités de la surface des grains.

Les cellules solaires à pérovskite sont une technologie de cellules solaires stellaire qui a démontré son potentiel pour remplacer les cellules solaires au silicium existantes dans un large éventail de scénarios d’application, tels que l’électricité du réseau, l’énergie portable et le photovoltaïque spatial.

Elles atteignent non seulement des rendements de conversion de puissance (PCE) supérieurs à ceux des cellules au silicium commerciales, mais offrent également des avantages en termes de faibles coûts de matériaux, de fabrication durable et de grande polyvalence en termes de transparence et de couleurs.

Cependant, la stabilité à long terme des dispositifs à base de pérovskite dans des conditions de lumière, d’humidité et thermomécaniques reste un obstacle à la commercialisation de cette technologie solaire prometteuse.

Pour répondre à ce problème, le professeur Zhou Yuanyuan, professeur associé du département de génie chimique et biologique de l’HKUST, et son groupe de recherche ont mené des recherches sous l’angle unique de la microstructure des matériaux. Ils ont découvert une prolifération de concavités de surface au niveau des grains cristallins du matériau perovskite.

Il a été démontré que ces concavités brisent la continuité structurelle à l’interface du film de pérovskite, servant de facteur de microstructure caché limitant l’efficacité et la stabilité des cellules de pérovskite.

Ensuite, l’équipe a pris une mesure innovante pour éliminer les concavités de la surface des grains en utilisant une molécule tensioactive, l’acide tridécafluorohexane-1-sulfonique de potassium, pour manipuler l’évolution de la contrainte et la diffusion des ions lors de la formation de films de pérovskite.

En conséquence, leurs cellules perovskites finales ont démontré des améliorations évidentes en termes de rétention d’efficacité lors de tests standardisés de cyclage thermique, de chaleur humide et de suivi du point de puissance maximale.

L’article intitulé « Élimination des concavités de surface des grains pour des interfaces de films minces de pérovskite améliorées » a maintenant été publié dans Énergie naturelleL’œuvre est le fruit d’une collaboration entre l’Université baptiste de Hong Kong et l’Université Yale.

« La structure et la géométrie des grains cristallins individuels sont à l’origine des performances des semi-conducteurs et des cellules solaires à base de pérovskite. En dévoilant les concavités de la surface des grains, en comprenant leurs effets et en tirant parti du génie chimique pour adapter leur géométrie, nous innovons dans une nouvelle façon de fabriquer des cellules solaires à base de pérovskite avec une efficacité et une stabilité à la limite de leurs limites », a déclaré le professeur Zhou, auteur correspondant de cet ouvrage.

« Nous avons été très intrigués par les concavités de surface des grains de pérovskite lorsque nous avons utilisé la microscopie à force atomique pour examiner les détails structurels des films de pérovskite. Ces concavités sont généralement enfouies sous le fond du film et peuvent facilement être négligées », a-t-il ajouté.

« La microstructure est d’une importance vitale pour les cellules solaires à pérovskite et autres dispositifs optoélectroniques, et peut être plus complexe que les matériaux conventionnels en raison des caractéristiques hybrides organiques-inorganiques des matériaux à pérovskite.

« Sous la direction du professeur Zhou, nous sommes en mesure de développer diverses approches innovantes de caractérisation et de science des données pour mieux comprendre la microstructure de la pérovskite », a déclaré Zhang Yalan, doctorant dans le groupe de recherche du professeur Zhou et co-auteur de cet ouvrage.