Actualités

La capacité négative des cellules solaires en pérovskite est résolu

crédit: iStockPhotos

crédit: iStockPhotos

Sur le point de concurrencer les cellules solaires à couche mince actuelles, les cellules solaires en pérovskite semblent incarner une cellule solaire idéale : très efficace et peu coûteuse - s'il n'y avait pas la question d'une faible stabilité à long terme, qui reste un défi. Dans le même ordre d'idées, des phénomènes particuliers se produisent dans les matériaux et les dispositifs en pérovskite, où des processus microscopiques très lents peuvent leur fournir une sorte d'"effet mémoire".

Sur le point de concurrencer les cellules solaires à couche mince actuelles, les cellules solaires en pérovskite semblent incarner une cellule solaire idéale : très efficace et peu coûteuse - s'il n'y avait pas la question d'une faible stabilité à long terme, qui reste un défi. Dans le même ordre d'idées, des phénomènes particuliers se produisent dans les matériaux et les dispositifs en pérovskite, où des processus microscopiques très lents peuvent leur fournir une sorte d'"effet mémoire". 

Par exemple, la mesure de l'efficacité d'une cellule solaire en pérovskite peut dépendre de choses comme la durée d'éclairage de l'appareil avant la mesure ou la façon dont la tension a été appliquée. Il y a quelques années, cet effet, connu sous le nom d'hystérésis courant - tension, a donné lieu à des différends sur la façon de déterminer avec précision l'efficacité des perovskites. Un autre exemple de ces processus obscurs est la récupération (partielle) d'une cellule solaire précédemment dégradée lors d'un cycle jour-nuit.

De tels effets sont préoccupants lorsqu'il s'agit de mesurer la performance des cellules solaires en fonction de la fréquence, ce qui est une mesure typique pour caractériser ces dispositifs plus en détail (spectroscopie d'impédance). Ils conduisent à de gros signaux à basses fréquences (Hz à mHz) et à des valeurs de capacité géantes pour les (mF/cm2), y compris des valeurs négatives étranges, "non physiques", qui restent un casse-tête pour la communauté scientifique.

Aujourd'hui, les ingénieurs chimistes du laboratoire d'Anders Hagfeldt à l'EPFL ont résolu ce mystère. Dirigés par Wolfgang Tress, un scientifique du laboratoire de Hagfeldt, ils ont découvert que les grandes capacités de perovskite ne sont pas des capacités classiques dans le sens de stockage de charge, mais qu'elles apparaissent simplement comme des capacités en raison du temps de réponse lent des cellules. 

Les chercheurs le montrent par des mesures dans le domaine temporel et avec des taux de balayage de tension différents. Ils constatent que l'origine de la capacité apparente est une modification lente du courant passant par le contact des cellules solaires, qui est régulée par une lente accumulation de charge ionique mobile. Un courant croissant lentement apparaît comme une capacité négative dans les spectres d'impédance.

Les travaux mettent en lumière l'interaction entre l'effet photovoltaïque de ces appareils et la conductivité ionique des matériaux en pérovskite. L'acquisition d'une telle compréhension en profondeur contribue à l'effort d'adaptation et de stabilité des cellules solaires en pérovskite.

Autres contributeurs
Université technologique Sharif (Iran)

Financement

Fonds national suisse de la recherche scientifique (bourse Ambizione Energie)
Ministère iranien de la science, de la recherche et de la technologie 
Conseil iranien de l'initiative nanotechnologique

Références

Firouzeh Ebadi, Nima Taghavinia, Raheleh Mohammadpour, Anders Hagfeldt, Wolfgang Tress. Origin of apparent light-enhanced and negative capacitance in perovskite solar cells. Nature Communications 05 April 2019. DOI: 10.1038/s41467-019-09079-z