Une cellule solaire à pérovskite monocristalline avec une efficacité de 17,8 %

La cellule solaire a été fabriquée avec des cristaux qui ont été cultivés directement sur des substrats d’oxyde d’indium et d’étain (ITO) recouverts d’une couche de transport de trous (HTL). Ces substrats ont une épaisseur contrôlée de quelques dizaines de micromètres et une surface de quelques dizaines de mm2. L’appareil a montré un rendement de 17,8 %, une tension en circuit ouvert de 1,08 V et un facteur de remplissage de 78,6 %.

Image: Stanford Energy, wikimedia commons, https://bit.ly/3tbmHVn

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D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Université du Nebraska aux États-Unis ont fabriqué une cellule solaire à pérovskite avec des monocristaux composés de triiodure de plomb méthylammonium (MAPbI3) via une nouvelle approche, qu’ils décrivent dans l’étude « Thin single crystal perovskite solar cells to harvest below-bandgap light absorption », publiée dans la revue Nature. « Les études actuelles sur les propriétés intrinsèques des pérovskites sont principalement basées sur des monocristaux en vrac épais d’une épaisseur millimétrique qui sont trop épais pour une application dans les cellules solaires, écrivent les auteurs. La culture de monocristaux de pérovskite minces avec une grande surface représente une approche efficace pour surmonter cet obstacle, mais il n’y a pas de méthode efficace pour gérer les monocristaux de pérovskite à base d’iodure d’un micromètre d’épaisseur avec une grande surface ».

L’équipe américaine a donc fait croître les cristaux directement sur des substrats d’oxyde d’indium et d’étain (ITO) recouverts d’une couche de transport de trous (Hole Transporting Layer, HTL). Ces substrats ont une épaisseur contrôlée de dizaines de micromètres et une surface de dizaines de mm2. La cellule a ensuite été construite avec des monocristaux d’une épaisseur de 10 μm qui ont montré un rendement de 16,1 %, un courant de court-circuit de 20,5 mA cm−2 , une tension en circuit ouvert de 1,06  V et un facteur de remplissage de 74,1 %.

Les universitaires ont alors décidé de traiter la surface des monocristaux par centrifugation de la solution d’iodure de méthylammonium (MAI) pour réduire la densité du piège de charge de surface, ce qui a porté le rendement de la cellule à 17,8 %, le courant de court-circuit à 21,0 mA cm−2 , la tension en circuit ouvert à 1,08  V et le facteur de remplissage à 78,6 %. « Nous avons démontré l’intérêt de l’utilisation d’un monocristal pour élargir la plage de photoréponse des cellules solaires à pérovskite sans perdre la tension photovoltaïque et le facteur de remplissage de l’appareil, ont ainsi déclaré les scientifiques. Des efforts supplémentaires sont nécessaires pour améliorer la longueur de diffusion des porteurs et passiver la densité du centre de recombinaison non radiative de surface afin d’augmenter l’efficacité du dispositif jusqu’à la limite Shockley-Queisser (1) ».

(1) efficacité théorique maximale d’une cellule photovoltaïque utilisant une seule jonction P-N

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