Des scientifiques dirigés par l'Université Northwestern ont développé un revêtement innovant à base d'amidinium qui augmente de manière exponentielle la durée de vie et l'efficacité des cellules solaires à pérovskite, offrant une alternative prometteuse à faible coût aux panneaux solaires traditionnels en silicium.
Des scientifiques de l'université Northwestern ont mis au point un nouveau revêtement protecteur pour les cellules solaires à pérovskite, une avancée majeure qui pourrait révolutionner l'industrie photovoltaïque. Cette avancée pourrait prolonger considérablement la durée de vie opérationnelle de ces cellules, les rendant viables pour des applications pratiques à grande échelle.
Depuis des années, les cellules solaires à pérovskite intriguent les chercheurs en raison de leur efficacité supérieure et de leurs coûts de production inférieurs à ceux des cellules solaires traditionnelles au silicium. Cependant, leur manque de stabilité à long terme face aux contraintes environnementales constitue un obstacle majeur. Les cellules à pérovskite existantes utilisent généralement un revêtement à base d'ammonium pour améliorer l'efficacité, mais ces couches se dégradent dans des conditions telles que la chaleur et l'humidité.
« Les cellules solaires à pérovskite de pointe ont généralement des ligands d'ammonium comme couche de passivation », a déclaré le premier auteur Yi Yang, chercheur postdoctoral à Northwestern, dans un communiqué de presse« Mais l’ammonium a tendance à se décomposer sous l’effet du stress thermique. »
Les chercheurs ont résolu ce problème en développant un revêtement à base d'amidinium nettement plus durable. Lors d'expériences en laboratoire, cette nouvelle couche protectrice a montré une résistance à la décomposition dix fois supérieure à celle des revêtements classiques à base d'ammonium. De plus, les cellules recouvertes d'amidinium ont montré une durée de vie T10 trois fois plus longue que leurs prédécesseurs, ce qui indique le temps nécessaire pour que l'efficacité d'une cellule chute de 90 % dans des conditions difficiles.
« Le domaine travaille depuis longtemps sur la stabilité des cellules solaires à pérovskite », a déclaré Bin Chen, co-auteur principal et professeur associé de recherche en chimie à Northwestern, dans le communiqué de presse. « Jusqu'à présent, la plupart des rapports se concentrent sur l'amélioration de la stabilité du matériau à pérovskite lui-même, négligeant les couches protectrices. En améliorant la couche protectrice, nous avons pu améliorer les performances globales des cellules solaires. »
« Ces travaux s’attaquent à l’un des principaux obstacles à l’adoption généralisée des cellules solaires à pérovskite : la stabilité dans des conditions réelles », a ajouté Mercouri Kanatzidis, co-auteur principal et professeur de chimie à Northwestern. « En renforçant chimiquement les couches protectrices, nous avons considérablement amélioré la durabilité de ces cellules sans compromettre leur efficacité exceptionnelle, ce qui nous rapproche d’une alternative pratique et peu coûteuse aux cellules photovoltaïques à base de silicium. »
Cette innovation a permis d'obtenir une efficacité de cellule solaire de 26.3 %, ce qui signifie qu'elle pouvait convertir 26.3 % de la lumière solaire absorbée en électricité. Les cellules recouvertes d'amidinium ont conservé 90 % de leur efficacité initiale après avoir subi 1,100 XNUMX heures de tests dans des conditions difficiles.
Les résultats constituent une avancée significative dans la quête de solutions d'énergie solaire à haut rendement et à faible coût. publié Le doctorat en sciences s'inscrit dans le cadre du pilier Générer de l'Institut Paula M. Trienens pour la durabilité et l'énergie de Northwestern. Ce pilier est consacré à la création de nouvelles méthodes de production d'énergie solaire axées sur les cellules solaires multijonctions à haut rendement et les matériaux de nouvelle génération.
« Les cellules solaires à base de pérovskite ont le potentiel de contribuer à la décarbonisation de l’approvisionnement en électricité une fois que nous aurons finalisé leur conception, atteint l’union de la performance et de la durabilité, et mis à l’échelle les appareils », a ajouté Ted Sargent, co-auteur principal, professeur de chimie Lynn Hopton Davis et Greg Davis à Weinberg et professeur de génie électrique et informatique à la McCormick School of Engineering, qui dirige l’Institut Trienens. « Le principal obstacle à la commercialisation des cellules solaires à base de pérovskite est leur stabilité à long terme. Mais en raison de son avance de plusieurs décennies, le silicium a encore un avantage dans certains domaines, notamment la stabilité. Nous travaillons à combler cet écart. »
Cette recherche révolutionnaire marque une étape décisive vers la résolution du principal obstacle entravant l’utilisation généralisée des cellules solaires à pérovskite : leur stabilité.
Grâce à cette avancée, l’avenir de l’énergie solaire semble à la fois plus prometteur et plus durable.