Des chercheurs de l'Université de Hong Kong ont découvert des concavités superficielles sur les grains cristallins des films minces de pérovskite, ce qui a un impact significatif sur les propriétés et la fiabilité des films. Ils ont développé une méthode pour améliorer l'efficacité et la stabilité des cellules solaires à pérovskite en éliminant ces concavités. Cette innovation pourrait aider à surmonter les problèmes de stabilité qui entravent actuellement la commercialisation des cellules solaires à pérovskite. (Concept d'artiste). Crédit : Issues.fr.com
Une équipe de recherche de l'HKUST a amélioré les performances des cellules solaires à pérovskite en découvrant et en éliminant les concavités de surface sur les grains cristallins des films, ouvrant la voie à une plus grande viabilité commerciale de cette technologie prometteuse.
Une équipe de recherche de l'École d'ingénierie de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a découvert des concavités de surface sur des grains de cristal individuels, les éléments fondamentaux des films minces de pérovskite. Ils ont révélé l'impact significatif de ces concavités sur les propriétés et la fiabilité du film. Sur la base de cette découverte scientifique fondamentale, l'équipe a mis au point une nouvelle méthode pour rendre les cellules solaires à pérovskite plus efficaces et plus stables via une chimio-élimination de ces concavités de surface des grains.
Les cellules solaires à pérovskite sont une technologie de cellules solaires de premier plan qui a démontré son potentiel pour remplacer les cellules solaires au silicium existantes dans un large éventail de scénarios d'application, par exemple, l'électricité du réseau, l'énergie portable et le photovoltaïque spatial. Elles atteignent non seulement des rendements de conversion de puissance (PCE) plus élevés que les cellules au silicium commerciales, mais offrent également des avantages en termes de faibles coûts de matériaux, de fabrication durable et de grande polyvalence en termes de transparence et de couleurs. Cependant, la stabilité à long terme des dispositifs à pérovskite dans des conditions de lumière, d'humidité et thermomécaniques reste un obstacle à la commercialisation de cette technologie solaire prometteuse.
Résultats de recherche et innovations
Pour résoudre ce problème, le professeur Zhou Yuanyuan, professeur associé du département de génie chimique et biologique de l'HKUST, et son groupe de recherche ont mené des recherches fondamentales dans une perspective unique de la microstructure des matériaux. Ils ont découvert une prolifération de concavités de surface au niveau des grains cristallins du matériau perovskite. Ces concavités brisent la continuité structurelle à l'interface du film perovskite, servant de facteur de microstructure caché limitant l'efficacité et la stabilité des cellules perovskites.
Le professeur Zhou Yuanyuan présente une cellule solaire à base de pérovskite. Crédit : HKUST
L'équipe a ensuite adopté une démarche innovante pour éliminer les concavités de la surface des grains en utilisant une molécule tensioactive, le tridécafluorohexane-1-sulfonique. acide potassium, pour manipuler l'évolution de la contrainte et la diffusion des ions lors de la formation de films de pérovskite. En conséquence, leurs cellules de pérovskite finales ont démontré des améliorations évidentes dans la rétention d'efficacité lors de tests de cyclage thermique standardisés, de chaleur humide et de suivi du point de puissance maximale.
« La structure et la géométrie des grains cristallins individuels sont à l’origine des performances de la pérovskite semi-conducteurs « En dévoilant les concavités de la surface des grains, en comprenant leurs effets et en tirant parti du génie chimique pour adapter leur géométrie, nous innovons dans une nouvelle façon de fabriquer des cellules solaires à pérovskite avec une efficacité et une stabilité à la limite de leurs limites », a déclaré le professeur Zhou, l'auteur correspondant de cet ouvrage.
« Nous avons été très intrigués par les concavités de surface des grains de pérovskite lorsque nous avons utilisé la microscopie à force atomique pour examiner les détails structurels des films de pérovskite. Ces concavités sont généralement enfouies sous le fond du film et peuvent facilement être négligées », a-t-il ajouté.
« La microstructure est d'une importance vitale pour les cellules solaires à pérovskite et d'autres dispositifs optoélectroniques, et peut être plus complexe que les matériaux conventionnels en raison des caractéristiques organiques-inorganiques hybrides des matériaux à pérovskite. Sous la direction du professeur Zhou, nous sommes en mesure de développer diverses approches innovantes de caractérisation et de science des données pour mieux comprendre la microstructure de la pérovskite », a déclaré Zhang Yalan, doctorant dans le groupe de recherche du professeur Zhou et co-auteur de cet ouvrage.
