Un revêtement par pulvérisation pourrait paver la voie pour des cellules solaires moins chères

Un revêtement par pulvérisation pourrait paver la voie pour des cellules solaires moins chères

Les chercheurs affirment qu'ils ont résolu un important défi de fabrication pour les cellules pérovskites - les intrigants potentiels de challengers pour les cellules solaires à base de silicium.

Ces structures cristallines sont très prometteuses car elles peuvent absorber presque toutes les longueurs d'onde de la lumière. Les cellules solaires à pérovskite sont déjà commercialisées à petite échelle, mais de récentes améliorations importantes de leur efficacité de conversion de puissance (PCE) suscitent l'intérêt de les utiliser comme solutions de rechange à faible coût pour les panneaux solaires.

Dans le papier Nanoscale, l'équipe de recherche révèle un nouveau moyen évolutif d'appliquer un composant critique aux cellules pérovskites afin de résoudre certains problèmes de fabrication majeurs. Les chercheurs ont appliqué la couche de transport d'électrons critique (ETL) dans des cellules photovoltaïques à pérovskite d'une nouvelle manière - un revêtement par pulvérisation - pour imprégner l'ETL d'une conductivité supérieure et d'une interface forte avec sa couche voisine, la perovskite.

La plupart des cellules solaires sont des «sandwiches» de matériaux stratifiés de telle sorte que lorsque la lumière frappe la surface de la cellule, elle excite les électrons dans un matériau chargé négativement et établit un courant électrique en déplaçant les électrons vers un treillis de «trous» positivement chargés. Perovskite cellules solaires avec une orientation plane simple appelé pin (ou pincement lorsqu'il est inversé), la perovskite constitue la couche intrinsèque piégeant la lumière (le "i" en broche) entre le ETL chargé négativement et une couche de transport de charge chargée positivement (HTL).

Lorsque les couches chargées positivement et négativement sont séparées, l'architecture se comporte comme un jeu subatomique de Pachinko dans lequel les photons d'une source de lumière délogent des électrons instables de l'ETL, les faisant tomber vers le côté HTL positif du sandwich. La couche de pérovskite accélère ce flux.

Bien que la pérovskite constitue une couche intrinsèque idéale en raison de sa forte affinité pour les trous et les électrons et de son temps de réaction rapide, la fabrication à l'échelle commerciale s'avère difficile en partie parce qu'il est difficile d'appliquer une couche ETL uniforme sur la surface cristalline de la pérovskite.

Les chercheurs ont choisi l'ester méthylique de l'acide [6,6] -phényl-C (61) -butyrique (PCBM) en raison de ses antécédents de matériau ETL et parce que le PCBM appliqué dans une couche rugueuse offre la possibilité d'une conductivité améliorée, moins pénétrable contact d'interface et piégeage de lumière amélioré.

«Très peu de recherches ont été effectuées sur les options ETL pour la conception de broches planaires», explique André D. Taylor, professeur agrégé à la Tandon School of Engineering de l'Université de New York. "Le principal défi des cellules planaires est, comment les assembler de manière à ne pas détruire les couches adjacentes?"

La méthode la plus courante est le moulage par centrifugation, qui consiste à faire tourner la cellule et à permettre à la force centripète de disperser le fluide ETL sur le substrat de la pérovskite. Mais cette technique est limitée aux petites surfaces et entraîne une couche incohérente qui diminue les performances de la cellule solaire. Le moulage par centrifugation est également inimitable à la production commerciale de grands panneaux solaires par des procédés tels que la fabrication de rouleaux à rouleaux, pour lesquels l'architecture de perovskite plane à broches souples est par ailleurs bien adaptée.

Les chercheurs se sont plutôt tournés vers le revêtement par pulvérisation, qui applique uniformément l'ETL sur une grande surface et convient à la fabrication de grands panneaux solaires. Ils ont signalé un gain d'efficacité 30 en pourcentage par rapport aux autres ETL - d'un pourcentage de PCE de 13 à plus de 17 - et moins de défauts.

"Notre approche est concise, hautement reproductible et évolutive. Il suggère que le revêtement par pulvérisation du PCBM ETL pourrait avoir un large attrait pour améliorer la base de référence des cellules solaires à pérovskite et fournir une plate-forme idéale pour les cellules solaires à pérovskite perforantes record dans un futur proche ", ajoute Taylor.

D'autres coauteurs proviennent de l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine, de l'Université de Pékin, de l'Université Yale et de l'Université Johns Hopkins.

La Fondation de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (NSFC), la Fondation pour les groupes de recherche sur l'innovation de la NSFC, le Chinese Scholarship Council et la US National Science Foundation ont financé l'étude.

La source: Université de New York

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