Des chercheurs brésiliens ont développé une méthode pour améliorer l’efficacité et la durabilité des cellules solaires à pérovskite en incorporant des MXènes dans la structure des cellules. Cette avancée, documentée dans le Journal of Materials Chemistry C, promet des améliorations significatives dans la technologie des cellules solaires, avec des impacts potentiels sur la production industrielle et les efforts de développement durable.
Une étude menée par des chercheurs de l’Université d’État de São Paulo (UNESP) a donné des résultats qui pourraient être considérablement bénéfiques pour l’avenir du secteur de l’énergie solaire.
Dans un article publié dans le Journal de chimie des matériaux C, des chercheurs brésiliens décrivent une stratégie visant à améliorer l’efficacité et la stabilité des cellules solaires en pérovskite, un matériau semi-conducteur produit en laboratoire. Les résultats du projet pourraient être très positifs pour l’avenir du secteur de l’énergie solaire.
Développée par des chercheurs de l’Université d’État de São Paulo (UNESP) à Bauru, au Brésil, la méthode implique l’utilisation d’une classe de matériaux appelés MXenes, une famille de matériaux bidimensionnels avec un graphène-structure de type combinant des métaux de transition, du carbone et/ou de l’azote, et des groupes fonctionnels de surface tels que le fluorure, l’oxygène ou l’hydroxyle. Leurs propriétés comprennent une conductivité électrique élevée, une bonne stabilité thermique et une transmission élevée (relative à la quantité de lumière qui traverse une substance sans être réfléchie ou absorbée).
La méthode développée à l’UNESP implique l’utilisation d’une classe de matériaux appelés MXènes. Crédit : CDMF
Dans l’étude, le MXene Ti3C2TX a été ajouté au polyméthacrylate de méthyle (PMMA) pour former un revêtement de passivation, qui a été appliqué par centrifugation sur la couche de pérovskite des cellules solaires inversées. Les revêtements de passivation sont conçus pour atténuer d’éventuels défauts des solides polycristallins (pérovskite dans ce cas) dus à l’interaction avec l’environnement ou à leur structure interne. Les cellules solaires à pérovskite ont une structure en couches et l’ordre des couches (architecture) est crucial pour leurs performances. Dans une cellule solaire inversée, l’architecture du dispositif est inversée pour assurer une transparence optique élevée lorsque la lumière du soleil atteint la couche de pérovskite.
Efficacité et stabilité améliorées
L’utilisation du Ti3C2TX augmenté l’efficacité de conversion de puissance des cellules de 19 % à 22 %. Cela a également augmenté la stabilité des cellules, qui ont duré trois fois plus longtemps sans perte de performances par rapport aux cellules témoins (sans couche de passivation).
Pour João Pedro Ferreira Assunção, premier auteur de l’article et étudiant à la maîtrise du programme d’études supérieures en science et technologie des matériaux de l’UNESP, les résultats ont été surprenants car l’objectif initial du projet était simplement de remédier à la baisse de performance causée par l’ajout de la couche de passivation isolante.
La recherche sur les cellules solaires à pérovskite se concentre actuellement sur la manière de concevoir des systèmes de production industrielle à grande échelle pour fabriquer des cellules stables et performantes. « L’article montre que l’ajout de MXene peut être réalisable dans des conditions de production de masse et indique un moyen d’y parvenir. Il décrit également plusieurs techniques de caractérisation électrique, morphologique et structurelle que nous avons explorées pour accroître la compréhension scientifique du comportement et du fonctionnement de cette classe complexe de dispositifs », a déclaré Assunção.
L’étude constitue une étape prometteuse vers les objectifs de durabilité consistant à produire de l’énergie propre, à atténuer l’impact environnemental et à faire du Brésil l’un des principaux producteurs industriels de cellules solaires, a-t-il ajouté.
Certaines parties de l’étude, telles que la caractérisation du matériau par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), ont été menées au Centre de développement de matériaux fonctionnels (CDMF), un Centre de recherche, d’innovation et de diffusion (RIDC) financé par la FAPESP et organisé par l’Université fédérale de São Carlos (UFSCar).
