Les pérovskites atteignent un rendement de conversion de 25.6%

Les pérovskites sont des composés hybrides qui peuvent être fabriqués à partir d'halogénures métalliques et de constituants organiques. Leurs propriétés structurelles et électroniques attrayantes les ont placées à l'avant-garde de la recherche sur les matériaux, avec un énorme potentiel d’atteindre un large éventail d'applications, notamment dans les cellules solaires, les lampes LED, les lasers et les photodétecteurs.

Les pérovskites aux halogénures métalliques, en particulier, présentent un grand potentiel en tant que collecteurs de lumière pour les dispositifs photovoltaïques en couches minces. L’un des principaux candidats parmi les pérovskites aux halogénures métalliques est le triiodure de plomb de formamidinium (FAPbI₃). Ce dernier s’est imposé comme le semi-conducteur le plus prometteur pour obtenir des cellules photovoltaïques à pérovskites très efficaces et stables. Les scientifiques ont donc tenté d’augmenter ses performances et sa stabilité.

Aujourd’hui, une équipe de scientifiques, sous la houlette du professeur Michael Grätzel de la Faculté des Sciences de Base de l’EPFL, a mis au point une nouvelle astuce chimique, qui augmente considérablement les performances du FAPbI₃. Le recours à cette méthode permet d’obtenir des cellules photovoltaïques avec un rendement de conversion de puissance de 25,6 %, une stabilité opérationnelle d’au moins 450 heures et une électroluminescence intense correspondant à un rendement quantique externe (la quantité de lumière que la cellule peut produire lors du passage d'un courant électrique) de plus de 10 %. Leurs travaux sont publiés dans Nature.

Les scientifiques ont réalisé cet exploit grâce à un «concept d'ingénierie anionique» qui augmente la cristallinité des films FAPbI₃ et élimine ses défauts structurels. En introduisant le pseudo-anion halogénure formiate (HCOO−) au mélange, ils ont pu supprimer les défauts structurels qui apparaissent généralement au niveau des limites de grain et à la surface des films de pérovskite.

Les auteurs expliquent: «Nos découvertes offrent une voie directe pour éliminer les défauts cristallins les plus nombreux et délétères présents dans les pérovskites aux halogénures métalliques, ce qui fournit un accès facile aux films transformables en solution avec de meilleures performances optoélectroniques.»

Autres contributeurs

• Université nationale de science et de technologie d’Ulsan (UNIST)
• Institut coréen de recherche sur l’énergie (KIER)
• Laboratoire de chimie et biochimie computationnelles de l’EPFL
• Laboratoire de résonance magnétique de l’EPFL
• Académie chinoise des sciences
• Laboratoire d’ingénierie moléculaire des nanomatériaux optoélectroniques de l’EPFL
• Université Kyung Hee