Une cellule solaire pérovskite atteint un rendement de 23,13 % grâce à une nouvelle technique de passivation

Des chercheurs australiens ont construit une cellule solaire en pérovskite avec des cations de bromure de guanidinium et de bromure d’octylammonium. Ils affirment que le dispositif peut atteindre une tension en circuit ouvert plus élevée, tout en présentant une meilleure efficacité et stabilité.

Image : Australian National University

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D’après pv magazine International

Des chercheurs australiens ont développé une cellule solaire pérovskite avec un nouveau processus de passivation basé sur l’utilisation de cations espaceurs guanidinium (Gua) et octylammonium (Oa), qu’ils décrivent dans l’étude “Above 23% Efficiency by Binary Surface Passivation of Perovskite Solar Cells Using Guanidinium and Octylammonium Spacer Cations“, récemment publiée dans RRL Solar. Ils affirment que les sels de guanidinium peuvent améliorer les performances du film de pérovskite, car les ions de guanidinium sont capables de pénétrer dans la masse du matériau pérovskite et de se localiser aux joints de grains (GB).

« Nous avons conçu les cellules pour qu’elles soient utilisées dans des systèmes solaires résidentiels à petite échelle ou dans des centrales solaires à grande échelle, a déclaré le chercheur The Duong à pv magazine. La technologie des cellules solaires en pérovskite peut être combinée à la technologie existante des cellules solaires en silicium dans une configuration en tandem pour atteindre un rendement ultra élevé, jusqu’à 30 % ».

Le groupe de recherche a utilisé du bromure de guanidinium (GuaBr) et du bromure d’octylammonium (OABr) pour les cations, qui sont censés être plus performants que leurs homologues à cation unique en termes de densité de courant de court-circuit, de rendement de conversion de puissance et de stabilité thermique. Les couches de passivation ont été incorporées du côté de la couche de transport de trous (HTL), à l’interface HTL/perovskite. « Afin d’optimiser le rapport entre les composants GuaBr et OABr, trois rapports volumiques différents de 1:1 (appelé 1G-1O), 1:2 (appelé 1G-2O) et 2:1 (appelé 2G-1O) ont été examinés, a déclaré l’équipe, composée de scientifiques de l’université Flinders, de l’université de Nouvelle-Galles du Sud et de l’université nationale australienne. Après avoir déposé par centrifugation la solution de précurseur de pérovskite 3D sur le substrat et l’avoir recuit sur une plaque chauffante à 100 C pendant 30 minutes, la solution de passivation est filée sur le substrat, suivie d’un autre recuit à 100 C pendant 10 minutes ».

L’échantillon de cellule 1G-1O a atteint une tension moyenne en circuit ouvert de 1,2 V, soit 30 mV de plus que celle d’une cellule de référence sans les nouveaux cations. Cela indique une réduction de la recombinaison non radiative, selon les chercheurs. « Avec la couche de passivation à double cation, l’efficacité est passée de 21,37% pour la cellule de référence à 23,13% pour le dispositif passivé, ainsi qu’une stabilité de conservation bien meilleure”, ont-ils déclaré. “En outre, en ce qui concerne la stabilité à l’immersion dans la lumière, le dispositif de test 1G-1O a conservé plus de 97 % de son efficacité initiale après 60 heures ».

« Une amélioration supplémentaire des performances et de la stabilité de la cellule pourrait être obtenue en explorant d’autres combinaisons de divers cations espaceurs comme couche de passivation de surface », ont déclaré les auteurs, faisant référence à ses futurs travaux sur la cellule.

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