Une efficacité record et certifiée
Une équipe de l’Institute of Semiconductors, rattaché à l’Académie chinoise des sciences, présente une cellule solaire à pérovskite dont l’efficacité de conversion a été certifiée à 27,2 %. Ce résultat, évalué en régime permanent sur une surface de 0,108 cm², a été détaillé dans la revue Science. L’intérêt n’est pas seulement d’atteindre un rendement élevé, mais de le maintenir de façon stable grâce à une maîtrise fine de la chimie du film pérovskite.
Ce que les mesures certifiées signifient vraiment
- La valeur de 27,2 % reflète une performance maintenue dans le temps, et non un pic ponctuel. Cela réduit les biais de mesure et rapproche le résultat des conditions réelles d’utilisation.
- La zone de 0,108 cm² est typique des prototypes en laboratoire. Elle permet d’optimiser finement les matériaux et les interfaces avant le passage vers des dispositifs plus grands.
- La publication dans Science crédibilise la méthode et la validation par des laboratoires tiers, un point crucial pour la filière.
Le vrai défi: l’inhomogénéité du film
Dans la fabrication des films de formamidinium iodure de plomb (FAPbI3), on utilise souvent du chlorure de méthylammonium pour guider la croissance. Problème: au moment de la cristallisation, les ions chlorure (Cl–) migrent vers la surface supérieure du film. Cette inhomogénéité à travers l’épaisseur crée:
- des défauts de surface,
- des barrières interfaciales,
- une entrave au transport des électrons,
- et des chemins de dégradation qui accélèrent la perte de performance.
En clair, l’additif qui aide à former un beau cristal peut, s’il est mal contrôlé, saboter la stabilité et le courant de la cellule.
Une chimie d’additif repensée pour stabiliser les ions
Pour bloquer cette migration ionique indésirable, l’équipe a introduit pendant le traitement thermique un oxalate de métal alcalin, en l’occurrence du binoxalate de potassium. Sa particularité:
- il se dissocie thermiquement à l’usinage,
- libère des ions potassium (K+),
- lesquels se lient aux ions chlorure, formant du chlorure de potassium (KCl).
Ce mécanisme “capture” efficacement le chlorure, empêche sa dérive vers la surface et favorise une distribution uniforme dans la couche pérovskite. Résultat: des films plus homogènes, moins de défauts, un transport électronique plus fluide et une durabilité accrue.
Endurance: des tests longue durée et en conditions sévères
- En fonctionnement continu sous 1 Soleil au point de puissance maximale (MPPT), les dispositifs conservent 86,3 % de leur performance initiale après 1 529 heures. C’est un signe important de stabilité opérationnelle.
- En vieillissement accéléré, un dispositif non passivé soumis à un éclairement continu de 1 Soleil et à 185 °F (≈ 85 °C) garde 82,8 % de son rendement après 1 000 heures. Cela traduit une meilleure résistance à la chaleur et à la lumière même sans couche de passivation.
Ces deux régimes – usage prolongé et stress thermique/photique – dressent un tableau cohérent: la stratégie d’additivation renforce à la fois la performance et la robustesse.
Pourquoi c’est important pour l’industrialisation
Maîtriser la répartition des halogénures dans le film est un levier direct sur:
- la répétabilité des procédés,
- le taux de rendement en production,
- et la fiabilité des modules.
Le fait que l’additif produise in situ du KCl, un composé simple et stable, est un atout pour l’intégration dans des étapes de recuit déjà présentes en ligne. Les défis restent connus: montée en échelle, gestion du plomb, encapsulation, et maintien des performances sur de grandes surfaces. Mais la réduction des défauts interfacials rend ce passage beaucoup plus plausible.
Des pistes complémentaires dans la littérature
D’autres chercheurs internationaux ont frôlé les 27 % en insérant entre la pérovskite et le contact supérieur une couche moléculaire fluorée ultrafine. Cette interface, placée avant la couche de buckyball (C60), agit comme un bouclier chimique: elle protège la pérovskite, améliore l’extraction de charge et renforce la résilience à long terme. Ce type d’approche, compatible avec des procédés scalables, ouvre la voie à des tandems, des dispositifs flexibles et des applications résidentielles ou commerciales.
En bref
En fixant les ions chlorure grâce à des oxalates alcalins, l’équipe chinoise atténue une source majeure d’instabilité dans les films à pérovskite et signe une performance certifiée de 27,2 %. Le combo rendement + durabilité est précisément ce que la filière attend pour sortir du laboratoire.
FAQ
Les cellules à pérovskite sont-elles déjà commercialisées à grande échelle ?
Des produits existent en niches (capteurs, petites alimentations, démonstrateurs). La commercialisation à grands volumes progresse surtout via des tandems pérovskite–silicium, avec des premiers modules pilotes. Les enjeux clés restent la stabilité à 25–30 ans et l’industrialisation à grande surface.
Quelle est la différence entre rendement “flash” et rendement en régime permanent ?
Le rendement “flash” mesure un pic de performance très court. Le régime permanent (steady state) évalue une valeur stabilisée sur plusieurs secondes/minutes. Pour la bancabilité, le régime permanent est plus probant.
0,108 cm², est-ce représentatif d’un module ?
Non. C’est une cellule de laboratoire. En grand format, les pertes de remplissage, l’uniformité et les interconnexions réduisent souvent le rendement. Le transfert vers des cellules de plusieurs cm² puis des sous-modules est l’étape suivante.
Qu’est-ce que le MPPT exactement ?
Le Maximum Power Point Tracking ajuste en continu la tension de la cellule afin d’opérer au point où la puissance délivrée est maximale. C’est la condition d’utilisation la plus représentative en service réel.
Ces stratégies d’additifs et de couches interfaciales conviennent-elles aux tandems ?
Oui. Une meilleure homogénéité et des interfaces plus propres bénéficient directement aux tandems pérovskite–silicium, où la stabilité et la qualité d’interface conditionnent le courant apparié et la durée de vie du module.
