Des recherches révolutionnaires améliorent la stabilité et l’efficacité des cellules solaires à pérovskite


Une équipe de chercheurs de l'École de génie énergétique et chimique de l'UNIST, dirigée conjointement par les professeurs Sung-Yeon Jang, Jungki Ryu et Ji-Wook Jang, en collaboration avec le professeur Sang Kyu Kwak de l'Université de Corée, a réalisé des progrès remarquables dans le domaine stabilité et efficacité des cellules solaires pérovskites. Leurs travaux révolutionnaires ouvrent non seulement la voie à la commercialisation de cellules solaires à pérovskite (PSC), mais offrent également un potentiel important dans la technologie de production d'hydrogène vert, garantissant un fonctionnement à long terme avec un rendement élevé.

Les cellules solaires à pérovskite (PSC) ont retenu l'attention en raison de leur toxicité réduite et de leurs larges capacités d'absorption de la lumière, ce qui les rend très prometteuses pour les applications photovoltaïques. Cependant, la présence de lacunes ioniques inhérentes aux pérovskites aux halogénures d’étain et de plomb (TLHP) a posé des problèmes, conduisant à une dégradation accélérée du dispositif par diffusion de métal vers l’intérieur.

Pour relever ce défi, l’équipe de recherche a développé une couche intermédiaire cathodique chimiquement protectrice utilisant du diimide de pérylène fonctionnalisé par une amine (PDINN). En exploitant ses sites nucléophiles pour former des complexes métalliques tridentés, le PDINN extrait efficacement les électrons et supprime la diffusion des métaux vers l'intérieur. La nouvelle couche intermédiaire cathodique PDINN traitée en solution a présenté des performances remarquables dans la stabilisation des dispositifs photovoltaïques (PV) et photoélectrochimiques (PEC) basés sur TLHP.

Le dispositif photovoltaïque a atteint une efficacité impressionnante de 23,21 %, avec une rétention de plus de 81 % après 750 heures de fonctionnement à 60 °C et de plus de 90 % de rétention après 3 100 heures à 23 ± 4 °C. De plus, les dispositifs PEC basés sur TLHP, couplés à l'oxydation de la biomasse, ont présenté un taux de production d'hydrogène solaire sans biais record de 33,0 mA cm−2, environ 1,7 fois supérieur à l'objectif fixé par le département américain de l'Énergie pour un -production d'hydrogène solaire.

Leur conception innovante de la couche intermédiaire cathodique a démontré avec succès l’immense potentiel des TLHP pour une photoconversion efficace et stable.

« Nous avons considérablement augmenté la stabilité à long terme des PSC étain-plomb », a expliqué le professeur Jang. « Notre objectif n'est pas seulement de convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique, mais également de développer des méthodes respectueuses de l'environnement pour produire des produits chimiques de base, tels que l'hydrogène, qui constituent la base de diverses industries. »

Les résultats de la recherche ont été publiés en ligne dans Matériaux énergétiques avancés le 30 novembre 2023. L'étude a reçu le soutien de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) relevant du ministère des Sciences et des TIC (MSIT).

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