Une cellule solaire pérovskite transparente à jonction unique atteint une tension record de 1,78 V

D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Université allemande de Stuttgart ont fabriqué une cellule solaire pérovskite transparente à jonction unique basée sur le chlorure de plomb méthylamine hybride (MAPbCl3), un matériau pérovskite avec l’une des bandes interdites énergétiques les plus élevées parmi toutes les pérovskites. Le concept est décrit dans l’article “MAPbCl3 Light Absorber for Highest Voltage Perovskite Solar Cells” (Absorbeur de lumière MAPbCl3 pour les cellules solaires à pérovskite à haute tension), récemment publié dans ACS Publications.

« Notre nouvelle cellule ouvre la voie aux cellules solaires pérovskites à large bande interdite, qui seront cruciales non seulement pour des applications telles que l’internet des objets (IoT) ou les fenêtres solaires, mais aussi pour les cellules solaires à jonction multiple, a déclaré l’auteur correspondant de la recherche, Michael Saliba, à pv magazine. Les pérovskites à jonction unique dotées de larges bandes interdites n’ont pas encore atteint des tensions élevées ».

Les scientifiques ont expliqué que l’application de ce matériau dans les cellules solaires est limitée par la cinétique de cristallisation rapide et la faible solubilité de ses précurseurs, ce qui entraîne une couverture incomplète du film et une morphologie irrégulière.

Pour résoudre ce problème, le groupe de recherche a adopté une méthode de dépôt en deux étapes et un recuit sous azote moléculaire (N2) à l’intérieur d’une boîte à gants de laboratoire. « Nous démontrons que l’atmosphère de recuit influence fortement la cinétique de cristallisation du MAPbCl3 sans modifier ses propriétés globales, poursuit Mahdi Malekshahi, co-auteur de la correspondance. Pendant le recuit dans l’atmosphère N2, les films de MAPbCl3 présentent une mauvaise couverture de surface avec de nombreux vides et une moyenne quadratique élevée (RMS) d’environ 64 nm ».

Les universitaires ont construit la cellule avec un substrat en oxyde d’étain dopé au fluor (FTO), une couche de transport d’électrons (ETL) à base de dioxyde de carbone et de titane (C/TiO2), une couche mésoporeuse de TiO2, l’absorbeur MAPbCl3, une couche de transport de trous Spiro-OMeTAD (HTL) et un contact métallique en or (Au).

Testé dans des conditions d’éclairage standard, le dispositif a atteint un rendement de conversion d’énergie de 0,81 %, une tension en circuit ouvert de 1,71 V, une densité de courant de court-circuit de 0,73 mA cm-2 et un facteur de remplissage de 64,7 %. « Il est intéressant de noter qu’une tension de circuit ouvert aussi élevée de 1,78 V est obtenue pour une pérovskite à large bande interdite à l’aide d’une HTL spiro-OMeTAD conventionnelle », ont déclaré les universitaires, notant que la tension de circuit ouvert est la plus élevée jamais enregistrée à ce jour pour une cellule solaire pérovskite à base de MAPbCl3.

« Il est important de noter que ce résultat est obtenu avec les mêmes contacts que ceux utilisés pour les cellules solaires à pérovskite à bande interdite dont l’efficacité est record, a ajouté Michael Saliba. Il est surprenant de constater que la couche conventionnelle de transport de trous spiro-OMeTAD, optimisée pour les bandes interdites étroites, supporte des tensions aussi élevées ».