Photovoltaïque : ces cellules solaires tandem entièrement pérovskites ont atteint un rendement record de 29,1 %
Des chercheurs internationaux ont atteint une efficacité de 29,1 % avec des cellules tandem entièrement pérovskites, en introduisant des films avancés à large bande interdite
Une équipe internationale de chercheurs a développé un technique innovante pour contrôler l'orientation des cristaux dans des films de pérovskite à large bande interdite, maintenant une transmission de charge efficace. Cette méthodologie a été appliquée avec succès dans un Cellule solaire tandem entièrement en pérovskiteatteignant un rendement certifié de 29,1 % et une tension en circuit ouvert de 2,21 V.
Techniques avancées pour améliorer l’efficacité des cellules solaires à pérovskite
L'équipe, dirigée parUniversité de Nanjing en Chinea créé une cellule solaire tandem de 0,049 cm² qui réduit les pertes de tension en circuit ouvert dans la sous-cellule à large bande interdite et améliore les performances globales.
La clé de ce succès réside dans l'utilisation de pérovskites bidimensionnelles (2D) comme phase intermédiaire à la surface du film, ce qui permet de réduire la recombinaison non radiative. « Lors de nos tests en laboratoire, nous avons atteint un rendement record de 29,7 %, avec une tension en circuit ouvert de 2,175 V, une densité de courant de 16,4 mA/cm² et un facteur de remplissage de 83,3 % », a déclaré Renxing Lin, co-auteur de l'étude. étude. Les résultats ont été certifiés par le laboratoire japonais JET (Japan Electrical Safety and Environment Technology Laboratory).
Améliorer l'orientation cristalline des pérovskites
Les chercheurs ont démontré que, grâce à l’ingénierie compositionnelle des surfaces, il est possible d’augmenter le nombre de phases bidimensionnelles sans avoir recours à une quantité excessive de ligands 2D, qui autrement limiteraient le transport de charges. En particulier, au cours du processus de fabrication, ils ont été ajoutés Iodure de phényléthylammonium (PEAI) Et iodure de méthylammonium (MAI) à l'antisolvant, formant une fine couche de pérovskite 2D à la surface de la sous-cellule à large bande interdite.
Cette couche favorise la croissance verticale de cristaux tridimensionnels (3D) orientés le long de l'axe (100), grâce à la réduction de l'énergie interfaciale dans le Hétérostrates 2D/3D. « Le traitement antisolvant a non seulement amélioré la surface de la pérovskite, mais a également influencé de manière significative l'orientation cristallographique, favorisant un alignement plus favorable », a expliqué Lin.
Le résultat a été un film de pérovskite de haute qualité avec une orientation (100), qui a permis de supprimer la recombinaison non radiative et d'atteindre une tension en circuit ouvert de 1,373 V pour une bande interdite de 1,78 eV et un rendement de 21,1 %.
Configuration tandem et stabilité à long terme
Pour atteindre des performances aussi élevées, la cellule tandem a été créée en combinant la sous-cellule à large bande interdite avec une sous-cellule à bande interdite étroite à haut rendement. Ce dernier a été optimisé grâce à une conception opto-électrique bien calibrée.
Au cours des expériences, les chercheurs ont exploré plusieurs stratégies pour améliorer les films WBG. Ceux-ci incluent l'ajout direct de PEAI à la solution précurseur en tant qu'additif direct (DA) et l'introduction de PEAI dans l'antisolvant en tant qu'additif de procédé (SPA). En outre, une autre variante SPA impliquait un mélange de MAI et de PEAI dans un rapport de 1: 2, créant un environnement local riche en MA.
Les tests de stabilité ont démontré que les échantillons contenant de l'AM ont conservé plus de 85 % de leur efficacité initiale pendant 500 heures. Cependant, les échantillons sans cations MA ont montré de meilleures performances. « Les études futures devraient se concentrer sur les additifs non-MA pour améliorer encore la formation de modèles 2D », ont souligné les chercheurs.
L’équipe prévoit d’appliquer cette technologie à l’échelle industrielle, en optimisant l’efficacité et la stabilité à long terme pour les applications à grande échelle, tant résidentielles que utilitaires. Parmi les objectifs, il y a le création d'appareils plus grands via la méthode de revêtement de lameune technique évolutive et économiquement avantageuse :
Nous nous concentrons sur l'optimisation de paramètres tels que la composition du solvant, la vitesse de dépôt, les conditions de recuit et l'uniformité du revêtement pour garantir une qualité de film constante sur des substrats plus grands.
Le groupe étudie également des techniques de caractérisation avancées pour mieux comprendre comment le processus de mise à l'échelle affecte la cristallinité, l'orientation et la morphologie globale des films de pérovskite.
La course mondiale pour dépasser les limites de l’efficacité
Réduire les coûts de l’énergie solaire et améliorer l’efficacité des panneaux photovoltaïques représentent un défi crucial pour un avenir durable. Si l’équipe de l’Université de Nanjing a obtenu un résultat extraordinaire avec des cellules tandem tout pérovskite, elle n’est pas la seule protagoniste de cette révolution technologique.
De nouveaux progrès viennent de Chine, comme en témoigne l'innovation de cellule tandem pérovskite-silicium développé par des scientifiques de l'Université polytechnique du nord-ouest de Xi'an, province du Shaanxi. Cette cellule semi-transparente à quatre bornes intègre une couche protectrice avancée de oxyde d'indium (In₂O₃)qui non seulement améliore l'efficacité, mais est également produit via une méthode peu coûteuse et sans solvant. Une approche plus durable et facilement évolutive pour une production à grande échelle.
La compétition internationale pour dépasser les limites de l’efficacité photovoltaïque ne s’arrête pas là. La société chinoise LONGi a récemment atteint unefficacité record de 33,9% avec des cellules tandem silicium-pérovskite, dépassant pour la première fois la limite théorique de Shockley-Queisser de 33,7% pour les cellules à jonction unique. Cette réalisation ouvre de nouvelles possibilités en matière d’efficacité énergétique et de productivité à l’échelle mondiale.
Aussi Oxford PVen collaboration avec l'Institut Fraunhofer, a défrayé la chronique en annonçant une efficacité de 25% pour ses panneaux solaires tandem pérovskite sur silicium. Grâce à cette innovation, Oxford PV a consolidé son rôle dans la transformation du secteur photovoltaïque.
L’avenir des énergies renouvelables est de plus en plus proche, et avec chaque nouveau record d’efficacité, nous nous rapprochons d’un système énergétique mondial plus propre et plus compétitif.
Source : Nature
