Une cellule solaire en pérovskite 2D/3D présente un rendement record de 25,32 %

D’après pv magazine international.

Sous l’égide de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), en Suisse, un groupe international de scientifiques a mis au point une cellule solaire en pérovskite dotée d’une architecture à hétérojonction 2D/3D.

« Cette cellule pourrait être utilisée dans tous les systèmes PV classiques, ainsi que dans le PV intégré aux véhicules (VIPV) et le PV intégré au bâtiment (BIPV) », indique Ding Yong, principal chercheur de l’étude, à pv magazine.

La cellule a recours à une couche de pérovskite 2D au niveau de l’interface entre la pérovskite et la couche de transport des trous, ce qui, d’après les chercheurs, permet d’améliorer le transport/l’extraction des porteurs de charge tout en supprimant la migration des ions. Les cellules dotées d’une telle architecture affichent généralement d’importantes énergies de liaison des excitons et sont souvent plus stables que les dispositifs 3D classiques en raison de la protection fournie par les ligans organiques.

« Les molécules interlaminaires dans les pérovskites 2D peuvent saturer de manière efficace la surface pérovskite 3D pour réduire les défauts de surface au cours du processus de fabrication, entraînant la formation d’une potentielle compensation énergétique pour la passivation à effet de champ », affirment les scientifiques.

Le groupe a construit la cellule à partir d’un substrat en oxyde d’étain (FTO), d’une couche de transport des électrons en oxyde de titane (TiO2) et oxyde d’étain(IV) (SnO2), d’une couche en pérovskite 3D, d’une couche en pérovskite 2D, d’une couche de transport des trous en spiro-OMeTAD et d’un contact métallique à base d’or (Au).

Pour fabriquer l’absorbeur en pérovskite 2D, les universitaires ont eu recours à un matériau précurseur baptisé iodure de n-butylammonium (BAI), qui selon eux pourrait augmenter l’énergie d’activation de la couche à 0,52 eV. « Cette hausse est généralement attribuée à l’énergie de migration plus importante due aux espacements importants autour de la couche de pérovskite 2D », poursuivent-ils.

Testée dans des conditions de luminosité standard, la cellule a atteint un rendement de conversion énergétique de 25,32 %, une tension de circuit ouvert de 1,159 V et un facteur de remplissage de 83,9 %. À titre de comparaison, un dispositif de référence dépourvu de couche 2D a atteint un rendement de 23,02 %, une tension de court-circuit de 1,120 V et un facteur de remplissage de 78,9 %.

« Le rendement de 25,32 % obtenu constitue un record pour des cellules solaires à base de pérovskite 2D/3D », déclare l’équipe, en soulignant que le dispositif a également été en mesure de conserver 90 % de ses caractéristiques initiales après 2 000 heures de fonctionnement.

À partir de cette cellule, les scientifiques ont également construit un mini-module ayant atteint un rendement de 21,39 %, une tension de circuit ouvert de 9,416 V et un facteur de remplissage de 80,3 %. « Nous pensons que ces modules pourraient potentiellement atteindre un rendement de 23 % environ, ajoute Ding Yong. Leur production commerciale pourrait commencer d’ici trois ans. Nous estimons les coûts de ces cellules à 0,018 €/kWh et leur temps de retour énergétique à 6 mois. »

Les chercheurs décrivent leur technologie de cellule dans l’article « Visualizing Interfacial Energy Offset and Defects in Efficient 2D/3D Heterojunction Perovskite Solar Cells and Modules », paru dans Advanced Materials. Le groupe comprend des scientifiques originaires de la Chinese Academy of Science (CAS) et de la Peking University en Chine.

Traduction assurée par Christelle Taureau.