Les éthers couronnes améliorent la stabilité des pérovskites

Les pérovskites sont des composés hybrides à base d’halogénures métalliques et de constituants organiques. Ils présentent un grand potentiel dans un ensemble d’applications, par exemple les éclairages à LED, les lasers et les photodétecteurs. Leur contribution majeure réside dans les cellules photovoltaïques, où elles sont sur le point de conquérir le marché et de remplacer leurs homologues au silicium.

Les pérovskites à base d’iodure de plomb formamidinium font partie des principaux candidats pour des cellules photovoltaïques hautement efficaces et stables. Elles présentent de grandes capacités en tant que collecteurs de lumière. Cependant, leur stabilité reste problématique, notamment dans les conditions environnementales et opérationnelles, ce qui limite leur application optoélectronique.

Aujourd’hui, une équipe collaborative de scientifiques dirigée par le professeur Michael Grätzel de la Faculté des Sciences de Base de l’EPFL a relevé le défi en développant une «stratégie de complexation hôte-invité multimodale». Publiée dans Nature Communications, cette stratégie consiste à utiliser un membre des éthers couronnes, une famille de composés cycliques dont la structure atomique en forme d’anneau ressemble à une couronne.

Les chercheurs ont utilisé le dibenzo-21-couronne-7 dans la fabrication des cellules photovoltaïques à pérovskites à base d’iodure de plomb formamidinium. Ils ont démontré l’efficacité de cette approche synergique avec les ions métalliques de césium, pour lesquels l’éther couronne présente une forte affinité. Agissant comme un véhicule, l’éther couronne s’assemble au niveau de l’interface du film de pérovskite et libère les ions césium à l’intérieur.

«Nous utilisons cette complexation hôte-invité multimodale pour moduler la surface des films de pérovskite, ainsi que leur composition globale», explique Jovana V. Milić, qui a participé à l’étude.

«Il est aussi très intéressant de voir que la pérovskite à base d’iodure de plomb formamidinium photoactive peut être stabilisée dans des conditions environnementales humides pendant plus d’un an», explique Hong Zhang, scientifique de l’EPFL et principal auteur de l’étude.

L’effet global est une amélioration très nette de la stabilité des cellules photovoltaïques à pérovskite. Elles présentent un rendement de conversion de puissance supérieur à 24% et une meilleure stabilité opérationnelle, assurant plus de 95% de leurs performances pendant 500 heures en fonctionnement continu. Qui plus est, l’éther couronne aide également à lier les ions plomb, réduisant ainsi leur libération dans l’environnement

Liste des contributeurs

• Laboratoire de photonique et interfaces de l’EPFL
• Laboratoire de chimie et biochimie computationnelles de l’EPFL
• Laboratoire de résonance magnétique de l’EPFL
• Laboratoire des sciences photomoléculaires de l’EPFL
• Laboratoire de chimie supramoléculaire de l’EPFL
• Laboratoire de géochimie biologique de l’EPFL
• Universität Tübingen
• Université de Fribourg