Le dopage p améliore la stabilité des cellules solaires en pérovskite

Les cellules solaires à pérovskite ont suscité un intérêt considérable de la part des chercheurs, qui y voient une alternative prometteuse aux cellules solaires classiques à base de silicium, en raison de leur haute efficacité à convertir la lumière du soleil en électricité. Les cellules solaires à pérovskite (PSC) sont un hybride de matériaux organiques et inorganiques et se composent d'une couche de récolte de la lumière et de deux couches transportant les charges négatives et positives créées par la lumière.

Cependant, les problèmes de stabilité ont entravé la commercialisation et l'utilisation à grande échelle des PSC, et l'obtention d'une stabilité opérationnelle est devenue un cri de ralliement parmi les scientifiques du domaine. Aujourd'hui, des chercheurs dirigés par Michael Grätzel à l'EPFL et Xiong Li au Centre Michael Grätzel de cellules solaires mésoscopiques à Wuhan (Chine) ont mis au point une technique qui répond aux problèmes de stabilité et augmente l'efficacité des PSC.

Les chercheurs ont introduit un dérivé de fullerène portant un groupe d’acide phosphonique dans la couche de récolte de la lumière en tant que « modulateur du joint de grain », ce qui contribue à renforcer la cohésion cristalline de la pérovskite et augmente la résistance du PSC aux facteurs de stress environnementaux tels que la chaleur et l'humidité.

L'équipe a également mis au point un polymère redox-actif qui dope efficacement le matériau de transport des charges positives (trous). Ce processus de « p-dopage » consiste à introduire des porteurs de charge électroniques mobiles dans le matériau afin d'améliorer sa conductivité et sa stabilité. Dans ce cas, il a permis en plus d'empêcher la diffusion des ions lithium, un problème majeur qui contribue à l'instabilité opérationnelle des PSC.

Grâce à cette nouvelle technique, les scientifiques ont obtenu des rendements de conversion de l'énergie de 23,5 % pour les petits PSC et de 21,4 % pour les « minimodules » plus grands. Ces rendements sont comparables à ceux des cellules solaires traditionnelles, avec l'avantage supplémentaire d'une meilleure stabilité des PSC. Les cellules solaires ont conservé 95,5 % de leur efficacité initiale après plus de 3’200 heures d'exposition continue à la lumière solaire simulée, en maintenant la température à 75 °C pendant toute la période, ce qui représente une amélioration substantielle par rapport aux conceptions PSC précédentes.

Cette nouvelle approche peut révolutionner l'utilisation des PSC, en les rendant accessibles à une utilisation à plus grande échelle. Les chercheurs pensent que leur technique pourrait être facilement mise à l'échelle pour une production industrielle et qu'elle pourrait être utilisée pour créer des modules PSC stables et à haut rendement.

Autres contributeurs

• Université de technologie de Wuhan
• Université des sciences et technologies du Sud (Shenzhen)
• Université de Wuhan
• Académie chinoise des sciences (CAS)