Les problèmes climatiques croissants nécessitent de meilleures solutions en matière de dispositifs de récupération d'énergie renouvelable. Pour dépasser le record historique, les chercheurs révèlent que la cellule pérovskite à couche de transport organique de la KAUST affiche un rendement de 21.5 %.
L' Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) , en Arabie saoudite, a mis au point une cellule solaire à pérovskite basée sur une couche de transport d'électrons organique (ETL) . De plus, pour l'ancrage des porteurs de charge, les chercheurs ont utilisé une monocouche auto-assemblée (SAM) à base d'acide phosphonique.
La cellule a atteint un rendement de conversion énergétique d'environ 21.5 % lors de tests effectués dans des conditions d'éclairage standard. Selon l'équipe de recherche, il s'agit du rendement le plus élevé jamais obtenu pour une cellule solaire pérovskite, et ce, pour une cellule utilisant une couche organique de transport d'électrons.
Le dispositif atteint une tension en circuit ouvert de 1.13 V et une densité de courant de court-circuit de 24.7 mA cm 2 . Enfin, il a un facteur de remplissage d'environ 77 %.
L'analyse thermogravimétrique (ATG) réalisée sur ces molécules modifiées a révélé leur stabilité thermique, avec une perte de masse négligeable . Entre 356 °C et 268 °C, la perte de masse moyenne n'était que d'environ 5 %.
Stefaan De Wolf , auteur principal de la recherche , a déclaré : « Toutes les monocouches auto-assemblées ont été conçues pour collecter les trous, ce qui fonctionne bien pour les cellules solaires à pérovskite dans l'architecture à polarité pin. »
Nous avons testé une gamme de SAM sélectifs d'électrons, conçus et synthétisés par l'Université de Technologie de Kaunas, et constaté leur efficacité dans les cellules solaires à pérovskite à polarité pin. Ainsi, le concept de décoration SAM d'oxyde métallique pour ajuster la sélectivité de charge s'est avéré efficace pour les deux polarités. Globalement, cela présente de nombreux avantages, comme par exemple la facilité de traitement des contacts à basse température.
Préparation de la cellule solaire à pérovskite à 21.5 % d'efficacité par KAUST
- Les scientifiques utilisent des semi-conducteurs non fullerènes composés d’anthraquinone (AQ) et de naphtalènediimide (NDI).
- Les 2 versions moléculaires modifiées utilisées étaient PAAQ et PANDI.
- Selon eux, cette molécule permettait une liaison covalente avec les surfaces d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) à l'intérieur de la cellule, ce qui lui permettait de s'harmoniser énergétiquement avec la pérovskite.
- La cellule est construite avec un matériau à base d'ITO et de verre substrat.
- Ils comprennent également des SAM à sélection d'électrons, une couche de transport de trous (HTL) basée sur Spiro-OMeTAD et un absorbeur de pérovskite. De plus, un métal argenté est en contact avec une couche d'oxyde de molybdène (MoOx).
Les chercheurs ont déclaré : « Les résultats de transmittance UV-visible de la fonctionnalisation SAM sur la surface ITO montrent des pertes optiques négligeables par rapport aux films ITO nus et ITO/SnO2. »
« En particulier, les monocouches auto-assemblées (SAM) à base de PANDI présentent une homogénéité de surface supérieure sur l’ITO par rapport aux SAM à base de PAAQ. Nous avons constaté que l’homogénéité de surface accrue sur l’interface ITO/PANDI permet de supprimer efficacement la recombinaison interfaciale non radiative grâce à la passivation par effet de champ, comme l’indiquent des durées de vie plus longues des porteurs de charge et des valeurs QFLS plus élevées », ont-ils ajouté.
Les chercheurs ont également expliqué : « Nous avons également testé la stabilité opérationnelle de nos appareils basés sur SAM à 65 °C avec une rétention de plus de 90 % de leurs performances initiales pendant 1000 XNUMX h. »
Ils considèrent les monocouches auto-assemblées de PANDI comme les candidates les plus prometteuses pour les futures cellules solaires à pérovskite à structure PIN, car elles se déposent facilement sur des substrats flexibles.
« Le dispositif à base de PANDI a également démontré une meilleure stabilité thermique opérationnelle à long terme, confirmant que le SAM de PANDI a un avenir potentiel en tant que matériau ETL », ont conclu les chercheurs.
