Une avancée prometteuse dans les cellules solaires à pérovskite
Une équipe de chercheurs a découvert qu’un simple changement de matériau pourrait rendre les cellules solaires à pérovskite plus efficaces. Ils proposent de remplacer une couche tampon d’oxyde d’étain relativement épaisse par un film d’oxyde d’aluminium d’une épaisseur de seulement 3 nanomètres.
Implications de cette recherche
Si cette technique est confirmée par des tests futurs, elle pourrait permettre de créer des dispositifs solaires capables de produire davantage d’énergie tout en utilisant moins de matériel. De plus, cela offrirait une meilleure protection aux composants délicats des cellules solaires.
Détails de l’étude
Selon le magazine PV Magazine, le nouveau design inverti des cellules à pérovskite utilise un film mince d’oxyde d’aluminium (AlOₓ) à l’interface entre la couche de transport d’électrons C₆₀ et le contact en oxyde d’indium-étain. Les chercheurs affirment que ce tampon, déposé en couches atomiques, protège la pérovskite tout en réduisant la recombinaison des charges à cette interface critique.
Stephanie Essig, auteur principal de l’étude, a déclaré que l’originalité de cette recherche réside dans le fait qu’il est possible de remplacer la couche classique d’oxyde d’étain, généralement épaisse de 10 à 20 nanomètres, par une couche d’AlOₓ beaucoup plus fine et plus uniforme.
Méthodologie des tests
Pour évaluer cette nouvelle approche, les chercheurs ont fabriqué des cellules solaires semi-transparentes à pérovskite avec des films d’AlOₓ de différentes épaisseurs : 1,5 nm, 3 nm, 5 nm, 8 nm et 15 nm. Ils ont comparé les résultats des cellules ayant différentes épaisseurs d’oxyde d’étain, y compris des dispositifs sans ce type de couche.
L’équipe a également étudié l’impact de la température de dépôt sur les performances des cellules en testant à 75°C et 80°C, tout en optimisant le processus avec une séquence de pulvérisation d’eau répétée.
Avantages des cellules solaires à pérovskite
Les cellules solaires à pérovskite suscitent un intérêt croissant en raison de leur potentiel à être moins chères et plus faciles à produire que les technologies solaires traditionnelles. Un des principaux défis reste leur durabilité, surtout lorsque des couches sensibles peuvent être endommagées lors de la fabrication.
L’utilisation d’une couche de protection plus fine qui permet une extraction de charge efficace pourrait simplifier la conception des dispositifs tout en maintenant des performances élevées. Stephanie Essig a mentionné qu’il était étonnant de constater qu’une couche d’AlOₓ de 3 nm permettait une extraction efficace des porteurs de charge à l’interface C₆₀/ITO.
Des cellules plus efficaces et stables pourraient produire plus d’électricité à partir d’une même surface, ce qui rend cette technologie attrayante pour des applications dans des habitations, bureaux ou bâtiments urbains où l’espace sur les toits ou les façades est limité.
L’adoption généralisée d’une technologie solaire améliorée pourrait également réduire la dépendance vis-à-vis des sources d’énergie polluantes, ce qui contribuerait à améliorer la qualité de l’air et à diminuer les risques pour la santé liés aux énergies polluantes.
Prochaines étapes de recherche
Les chercheurs ont testé diverses épaisseurs d’oxyde d’aluminium, examiné comment les variations de température de fabrication influencent les performances, et comparé ce nouveau tampon avec des couches d’oxyde d’étain utilisées couramment pour prévenir les dommages dus au bombardement.
Le meilleur des designs invertis a été construit avec un substrat en verre et en oxyde d’indium-étain, recouvert d’une couche de sélection de trous Me-4PACz et de nanoparticules d’oxyde de silicium. La pile comprend également un absorbeur de pérovskite, une couche intercalée en oxyde d’aluminium d’environ 1,4 nm, et une couche de transport d’électrons C₆₀ d’environ 20 nm. Elle est suivie d’une couche d’oxyde d’étain de 25 nm et d’un électrode en argent de 130 nm. Enfin, un revêtement de 100 nm de fluorure de lithium sert de couche anti-reflets sur le verre.
À mesure que les chercheurs améliorent les performances et réduisent l’épaisseur des matériaux, de nouveaux produits solaires aux designs légers ou semi-transparents pourraient voir le jour, particulièrement pertinents pour diverses applications.
L’équipe se concentre sur l’optimisation du processus de pulvérisation de l’oxyde conducteur transparent afin de réduire les dommages et d’effectuer des tests de stabilité prolongés des performances des dispositifs.
Questions Fréquemment Posées
Qu’est-ce qu’une cellule solaire à pérovskite ?
Les cellules solaires à pérovskite sont un type de technologie photovoltaïque qui utilise une structure de cristal de pérovskite, connue pour son efficacité dans la conversion de la lumière solaire en électricité.
Quels sont les avantages de l’oxyde d’aluminium par rapport à l’oxyde d’étain ?
L’oxyde d’aluminium présente l’avantage d’être plus fin tout en protégeant mieux la pérovskite et en améliorant l’extraction de charge, ce qui peut mener à de meilleures performances globales des cellules solaires.
Comment les chercheurs ont-ils testé leurs résultats ?
Ils ont fabriqué des cellules à différentes épaisseurs d’oxyde d’aluminium et analysé les effets des variations de température sur les performances. De plus, ils ont comparé ces cellules à d’autres dispositifs utilisant des couches d’oxyde d’étain.
Quels impacts environnementaux peut avoir cette recherche ?
L’optimisation des cellules solaires à pérovskite pourrait réduire la dépendance aux énergies polluantes, améliorant ainsi la qualité de l’air et minimisant les risques pour la santé liés à l’utilisation d’énergies non renouvelables.
Y a-t-il des applications déjà en cours pour cette technologie ?
Bien que cette recherche soit encore en phase expérimentale, les applications allant de l’intégration dans des bâtiments à des dispositifs électroniques portables pourraient en bénéficier à long terme.
