Les matériaux solaires de nouvelle génération sont moins chers et plus durables à produire que les cellules solaires au silicium traditionnelles, mais des hurdles subsistent pour rendre les dispositifs suffisamment durables pour résister aux situations du monde réel. Une nouvelle technique développée par une équipe de scientifiques internationaux pourrait simplifier le développement de cellules solaires à pérovskite efficaces et stables, du nom de leur construction cristalline distinctive qui excelle dans l’absorption de la lumière noticeable.
Les scientifiques, dont Nelson Dzade, professeur à Penn State, ont rapporté dans la revue Character Energy leur nouvelle méthode permettant de créer des cellules solaires à pérovskite as well as durables, tout en atteignant un rendement élevé de 21,59 % de conversion de la lumière solaire en électricité.
Les pérovskites sont une technologie solaire prometteuse automobile les cellules peuvent être fabriquées à température ambiante en utilisant moins d’énergie que les matériaux traditionnels en silicium, ce qui les rend furthermore abordables et additionally durables à produire, selon Dzade, professeur adjoint d’ingénierie énergétique et minérale à l’Université John et Willie Leone. Département familial de génie énergétique et minéral et co-auteur de l’étude. Mais les principaux candidats utilisés pour fabriquer ces dispositifs, des halogénures métalliques hybrides organiques-inorganiques, contiennent des composants organiques sensibles à l’humidité, à l’oxygène et à la chaleur, et l’exposition aux disorders réelles peut entraîner une dégradation rapide des performances, ont indiqué les scientifiques.
Une alternative consiste à se tourner vers des matériaux pérovskites entièrement inorganiques comme l’iodure de césium et de plomb, qui possède de bonnes propriétés électriques et une tolérance supérieure aux facteurs environnementaux. Cependant, ce matériau est polymorphe, ce qui signifie qu’il comporte plusieurs phases avec des structures cristallines différentes. Deux des phases photoactives sont bonnes pour les cellules solaires, mais elles peuvent facilement se transformer en une stage non photoactive indésirable à température ambiante, ce qui introduit des défauts et dégrade l’efficacité de la cellule solaire, ont indiqué les scientifiques.
Les scientifiques ont combiné les deux polymorphes photoactifs de l’iodure de césium et de plomb pour former une hétérojonction de phase, ce qui peut supprimer la transformation en period indésirable, ont indiqué les scientifiques. Les hétérojonctions sont formées en empilant différents matériaux semi-conducteurs, comme les couches d’une cellule solaire, avec des propriétés optoélectroniques différentes. Ces jonctions dans les appareils solaires peuvent être adaptées pour aider à absorber additionally d’énergie du soleil et à la convertir furthermore efficacement en électricité.
« Ce qui est beau avec ce travail, c’est qu’il montre que la fabrication de cellules solaires à hétérojonction de stage en utilisant deux polymorphes du même matériau est la voie à suivre », a déclaré Dzade. « Cela améliore la stabilité du matériau et empêche l’interconversion entre les deux phases. La formation d’une interface cohérente entre les deux phases permet aux électrons de circuler facilement à travers le dispositif, conduisant à une meilleure efficacité de conversion de puissance. C’est ce que nous avons démontré dans ce travail. «
Les chercheurs ont fabriqué un dispositif qui a atteint un rendement de conversion de puissance de 21,59 %, parmi les moreover élevés rapportés pour ce kind d’approche, et une excellente stabilité. Les appareils ont conservé furthermore de 90 % de leur efficacité initiale après 200 heures de stockage dans des problems ambiantes, a déclaré Dzade.
« Lorsqu’elle est passée d’un laboratoire à un module solaire réel, notre conception a montré une efficacité de conversion d’énergie de 18,43 % pour une surface area de cellule solaire de in addition de 7 pouces carrés (18,08 centimètres carrés) », a déclaré Dzade. « Ces premiers résultats mettent en évidence le potentiel de notre approche pour développer des modules de cellules solaires à pérovskite extremely-larges et évaluer de manière fiable leur stabilité. »
Dzade a modélisé la framework et les propriétés électroniques de l’hétérojonction à l’échelle atomique et a découvert que le rapprochement des deux phases photoactives créait une composition d’interface secure et cohérente, favorisant une séparation et un transfert efficaces de rates, propriétés souhaitables pour obtenir des dispositifs solaires à haut rendement.
Les collègues de Dzade de l’Université de Chonnam en Corée du Sud ont développé une méthode unique de double dépôt pour fabriquer le dispositif : déposer une stage avec une approach à air chaud et l’autre avec une évaporation thermique à triple resource. L’ajout de petites quantités d’additifs moléculaires et organiques pendant le processus de dépôt a encore amélioré les propriétés électriques, l’efficacité et la stabilité du dispositif, a déclaré Sawanta S. Mali, professeur-chercheur à l’Université de Chonnam en Corée du Sud et auteur principal de l’article.
« Nous pensons que la approach de double dépôt que nous avons développée dans ce travail aura des implications importantes pour la fabrication de cellules solaires à pérovskite hautement efficaces et stables », a déclaré Nelson Dzade, professeur adjoint d’ingénierie énergétique et minérale au Département de l’énergie de la famille John et Willie Leone. et génie minéral et co-auteur de l’étude.
Les chercheurs ont déclaré que la system de double dépôt pourrait ouvrir la voie au développement de cellules solaires supplémentaires basées sur toutes les pérovskites inorganiques ou d’autres compositions de pérovskites aux halogénures. En plus d’étendre la method à différentes compositions, les travaux futurs consisteront à rendre les cellules à hétérojonction de section actuelles in addition durables dans des circumstances réelles et à les adapter à la taille des panneaux solaires traditionnels, ont indiqué les chercheurs.
« Avec cette approche, nous pensons qu’il devrait être attainable dans un avenir proche de faire passer l’efficacité de ce matériau au-delà de 25 % », a déclaré Dzade. « Et une fois que nous faisons cela, la commercialisation devient très proche. »
Chang Kook Hong, professeur, et Jyoti Patil, professeur-chercheur à l’Université nationale de Chonnam, en Corée du Sud, ont également contribué Yu-Wu Zhong, professeur, et Jiang-Yang Shao, chercheur à l’Institut de chimie de l’Académie chinoise des sciences et Sachin Rondiya, professeur adjoint, Indian Institute of Science.
La Fondation nationale de recherche de Corée a soutenu ce travail. Des simulations informatiques ont été effectuées sur le superordinateur Roar de l’Institut des sciences informatiques et des données de Penn Condition.
