D’après pv magazine International
Des chercheurs de l’Université de Zhejiang en Chine ont développé pour la première fois une cellule solaire à pérovskite inversée basée sur un matériau pérovskite hybride à haute entropie qui améliorerait la stabilité du dispositif tout en offrant d’excellents niveaux d’efficacité. « Notre travail met en évidence le potentiel d’un type de structure à haute entropie, à savoir la pérovskite hybride à haute entropie (HEHP), pour améliorer l’efficacité et la stabilité des cellules solaires à pérovskite, a déclaré l’auteur correspondant de la recherche, Jingjing Xue, à pv magazine. Cette structure intéressante est caractérisée par des parties organiques hautement désordonnées qui induisent un gain d’entropie et présentent une stabilité thermique et une robustesse structurelle supérieures à celles de leurs homologues monocomposants ordonnés. Étant donné la richesse de la chimie des groupements organiques, nous espérons que cette découverte ouvrira de nouvelles perspectives pour l’ajustement des propriétés des pérovskites et d’autres matériaux apparentés ».
La cellule est décrite dans l’étude “High-entropy hybrid perovskites with disordered organic moieties for perovskite solar cells“, publiée dans nature photonics. L’équipe de recherche y explique notamment que le nouveau matériau possède une structure de pérovskite multicomposante à phase unique, qui garantit une stabilité de phase supérieure à haute température par rapport aux pérovskites conventionnelles. La coexistence de multiples cations organiques dans le matériau proposé a été confirmée par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN).
« Le monocristal HEHP présentait un ensemble de pics de signature de tous les cations organiques constitutifs, qui était en bon accord avec celui du mélange équimolaire des cinq cations organiques, ont déclaré les scientifiques. Ce cristal unique serait mieux décrit comme une structure hybride construite à partir de cadres inorganiques ordonnés et d’intercalaires organiques désordonnés ».
En utilisant le HEHP, les chercheurs ont construit un film de pérovskite censé présenter une résistance supérieure à l’eau et à la chaleur humide. Avec ce film, ils ont ensuite construit une cellule solaire en pérovskite avec une architecture conventionnelle basée sur un substrat en oxyde d’indium et d’étain (ITO), une couche de transport d’électrons (ETL) en oxyde d’étain (SnO2), l’absorbeur en pérovskite, une couche de transport de trous basée sur le Spiro-OMeTAD et un contact métallique en argent (Ag). Ses performances ont été comparées à celles d’un dispositif de référence doté d’un film de pérovskite similaire sans HEHP. Testé dans des conditions d’éclairage standard, le dispositif à base de HEHP a ainsi atteint un rendement de conversion d’énergie de 25,7 %, une tension de circuit ouvert de 1,17 V, une densité de courant de court-circuit de 25,8 mA/cm2 et un facteur de remplissage de 85,2 %. Le dispositif de référence a atteint un rendement de 23,2 %, une tension en circuit ouvert de 1,13 V, une densité de courant en court-circuit de 25,1 mA cm2 et un facteur de remplissage de 81,7 %.
La cellule basée sur le HEHP s’est également révélée capable de conserver plus de 98 % de son efficacité initiale après 1 000 heures. « Nous avons attribué l’amélioration de la tension en circuit ouvert et du facteur de remplissage à la réduction des recombinaisons non radiatives et à l’amélioration de l’interface après l’incorporation du HEHP, expliquent les universitaires. La supériorité du HEHP par rapport à un composant unique dans la réduction des désordres électroniques pourrait être attribuée à la coexistence de plusieurs types de cations de site A qui peuvent interagir de manière synergique avec divers défauts ».
L’équipe est convaincue que le nouveau matériau pérovskite est applicable à différentes compositions de pérovskite et architectures de cellules. « Il peut servir de stratégie hautement universelle et tolérante aux erreurs pour améliorer les performances des cellules solaires en pérovskite dans divers scénarios, ce qui est crucial pour améliorer le rendement de production des dispositifs en pérovskite dans la future production industrielle de masse », conclut l’équipe.
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