Une cellule pérovskite imprimée avec une électrode en carbone affiche un rendement de 19,2 %

D’après pv magazine International

En Allemagne, des scientifiques ont cherché à améliorer les performances des cellules solaires en pérovskite avec une électrode en carbone grâce à une double couche de transport des trous constituée de semiconducteurs organiques, en lieu et place de la couche de transport des trous (HTL) classique, ce qui permettrait d’augmenter leur facteur de remplissage et leur tension de circuit ouvert.

Les chercheurs expliquent que remplacer l’or, l’argent et le cuivre coûteux par du carbone dans les cellules solaires en pérovskite entraîne habituellement des pertes de rendement et des problèmes de stabilité par rapport à des appareils de référence. « Pour les cellules imprimables, notre objectif à terme est de transférer cette technologie sur une chaîne de fabrication rouleau à rouleau, indique Tian Du, principal auteur de l’étude, à pv magazine. Ce dernier précise que les étapes suivantes en vue de la commercialisation comprennent la fabrication d’un mini module solaire sur des substrats en verre, puis d’un mini module solaire sur un substrat flexible, et enfin le transfert de la fabrication au processus rouleau à rouleau.

L’équipe allemande a construit une cellule à l’aide d’un substrat en verre et en oxyde d’indium-étain (ITO), d’une couche de transport d’électrons (ETL) basée sur de l’oxyde d’étain(IV) (SnO2), de l’absorbeur pérovskite, de la double couche de transport des trous et du contact en carbone. « La configuration de la double HTL entraîne une répercussion énergétique en cascade au niveau de l’interface, la HLT 2 extérieure renforçant le contact ohmique avec le carbone, tandis que la HLT 1 intérieure réduit la recombinaison de surface de la pérovskite », explique-t-elle.

Pour l’absorbeur, les chercheurs ont eu recours à un matériau pérovskite à cation mixte baptisé (FAPbI3)0.93 (MAPbBr 3)0.07. Ils ont appliqué les deux couches par couchage à la lame séquentiel, ce qui d’après eux permet de maximiser l’injection/l’extraction des trous au niveau de l’interface de l’électrode tout en minimisant la recombinaison de surface des couches en pérovskite.

Après avoir testé le dispositif dans des conditions de luminosité standard, ils ont observé qu’il affichait un rendement de conversion énergétique de 19,2 %, une tension de circuit ouvert de 1,11 V, un courant de court-circuit de 23,7 A et un facteur de remplissage de 76 %. Par comparaison, une cellule de référence dotée d’une seule couche de transport des trous présentait un rendement de 17,3 %, une tension de circuit ouvert de 1,06 V, un courant de court-circuit de 23,3 A et un facteur de remplissage de 76 %.

La cellule basée sur la double couche a en outre présenté un fonctionnement stable pendant 2 500 heures à 65 °C dans un environnement azoté.

La cellule est décrite dans l’article « Efficient, stable, and fully printed carbon-electrode perovskite solar cells enabled by hole-transporting bilayers », publié dans Joule. L’équipe de chercheurs comprend des universitaires de l’Institute of Materials for Electronics and Energy Technology (i-MEET) et de l’Institute of Micro- and Nanostructure Research & Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM).

« Les résultats de nos travaux mettent en lumière le fait que les électrodes en carbone peuvent améliorer de manière significative la stabilité intrinsèque de la cellule solaire sans modification spécifique de l’interface », concluent-ils.

Traduction assurée par Christelle Taureau.