Des chercheurs de l'Université du Michigan ont l'idée de fabriquer des cellules solaires à pérovskite jusqu'à quatre fois moins chères que les panneaux solaires à couches minces actuels

Des chercheurs de l'Université du Michigan ont l'idée de fabriquer des cellules solaires à pérovskite jusqu'à quatre fois moins chères que les panneaux solaires à couches minces actuels
Table
  1. Innovations dans les cellules solaires à pérovskite : plus grande durabilité et coûts réduits
    1. Pourquoi pas le silicium ?
  2. Le défi pérovskite
  3. Comment fonctionnent ces additifs ?
    1. Expérimentation et résultats


Des chercheurs de l'Université du Michigan ont découvert que de gros additifs pourraient être le secret de la fabrication de cellules solaires à pérovskite stables et durables.

Innovations dans les cellules solaires à pérovskite : plus grande durabilité et coûts réduits

Des chercheurs de l'Université du Michigan ont découvert un moyen de prévenir la dégradation rapide des semi-conducteurs pérovskites. Cette avancée pourrait permettre de produire des cellules solaires deux à quatre fois moins chères que les panneaux solaires à couches minces actuels.

De plus, la combinaison de pérovskites avec des semi-conducteurs à base de silicium, tels que ceux utilisés dans les panneaux solaires actuels, pourrait créer des cellules solaires « tandem » dépassant l'efficacité maximale théorique des cellules au silicium.

Pourquoi pas le silicium ?

Xiwen Gong, professeur adjoint de génie chimique à l'UM, explique que les cellules solaires au silicium sont efficaces et durables, mais que leur haute efficacité a un coût élevé. La production de silicium de haute pureté nécessite des températures supérieures à 1 000 degrés Celsius, ce qui augmente les coûts économiques et environnementaux. D’un autre côté, les pérovskites peuvent être produites à des températures plus basses, mais sont susceptibles de se dégrader sous l’effet de la chaleur, de l’humidité et de l’air.

Le défi pérovskite

Bien qu’elles soient potentiellement moins chères et plus écologiques, les cellules solaires en pérovskite se dégradent plus rapidement que celles en silicium. Les recherches de Gong visent à développer des cellules solaires à pérovskite plus puissantes. Sa dernière étude, publiée dans la revue Matter, suggère que les molécules volumineuses « anti-défauts » sont les meilleures pour augmenter la stabilité et la durée de vie des pérovskites.

Comment fonctionnent ces additifs ?

Les cristaux de pérovskite contiennent des atomes de plomb qui ne sont pas complètement liés aux autres composants. Ces « sites sous-coordonnés » sont des défauts qui empêchent le mouvement des électrons et accélèrent la dégradation du matériau. Il a été découvert que le mélange de molécules apaisant les défauts avec du per

Les ovskites aident à enfermer le plomb sous-coordonné, empêchant ainsi la formation d'autres défauts à haute température.

Hongki Kim, ancien chercheur postdoctoral en génie chimique et l'un des premiers auteurs de l'étude, souligne l'importance de déterminer quelles caractéristiques spécifiques des molécules améliorent la stabilité de la pérovskite.

Expérimentation et résultats

L'équipe de Gong a créé trois additifs de formes et de tailles différentes et les a ajoutés à de minces films de cristaux de pérovskite. Ils ont découvert que les molécules plus grosses en termes de masse adhèrent mieux à la pérovskite, car elles possèdent plus de sites de liaison. Ces molécules se sont révélées plus efficaces pour prévenir la formation de défauts.

Cependant, ce n’est pas seulement la taille qui compte, mais aussi la configuration. Les molécules grosses et fines donnaient des grains de pérovskite plus petits, ce qui n'est pas idéal car elles créent davantage de joints de grains, c'est-à-dire plus de zones propices à la formation de défauts. En revanche, les molécules volumineuses favorisaient la formation de grains de pérovskite plus gros, réduisant ainsi la densité des joints de grains dans le film.

En chauffant les films de pérovskite à plus de 200 degrés Celsius, il a été confirmé que les additifs en vrac les aidaient à conserver davantage leur couleur noir ardoise caractéristique et à développer moins de défauts structurels.

Carlos Alejandro Figueroa Morales, doctorant en science et ingénierie des macromolécules et l'un des premiers auteurs de l'étude, suggère que la taille et la configuration sont importantes lors de la conception d'additifs. Cette philosophie de conception pourrait être mise en œuvre dans diverses formulations de pérovskite pour améliorer la durée de vie des cellules solaires en pérovskite, des dispositifs d'émission de lumière et des photodétecteurs.

Cette découverte constitue une étape importante vers des cellules solaires plus durables et économiquement viables, ouvrant de nouvelles possibilités dans le domaine des énergies renouvelables et marquant une avancée importante dans la recherche d'alternatives plus durables et plus accessibles pour la production d'énergie solaire.

Via umich.edu

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