Alors que la demande mondiale d'énergie propre et durable continue de monter, le secteur photovoltaïque reste à l'avant-garde de cette transition. Les cellules solaires de la pérovskite à halogénure de plomb (LHP) ont longtemps été célébrées pour leur remarquable efficacité de conversion de puissance (PCE), qui ont rapidement progressé à plus de 26% pour les cellules à jonction unique. Cependant, malgré leurs performances exceptionnelles, la commercialisation généralisée des LHP est confrontée à des défis persistants.
La toxicité inhérente des composés de plomb et leur instabilité prononcée dans des conditions réelles, en particulier lorsqu'elles sont exposées à la chaleur, à l'humidité et à la lumière, soulèvent des préoccupations concernant la sécurité environnementale et la longévité des appareils.
Pour résoudre ces problèmes critiques, mon équipe de recherche à l'Université autonome de Querétaro, au Mexique, a tourné son attention vers des pérovskites de chalcogénéure sans plomb. Parmi ces matériaux prometteurs, bazrs3 est devenu un excellent absorbeur alternatif en raison de sa bande interdite directe d'environ 1,7 eV, une forte absorption optique et une stabilité structurelle exceptionnelle dans diverses conditions environnementales. Sa conductivité de type P naturellement élevée et sa composition élémentaire abondante en terre en font une solution durable et évolutive pour les cellules solaires de nouvelle génération.
Reconnaissant que la couche de transport de trou (HTL) joue un rôle vital dans la réalisation des dispositifs photovoltaïques à haute efficacité et durables, nous avons étudié le potentiel des HTL délafossites inorganiques, en particulier CUFEO2Cugao2et Cualo2. Ces matériaux offrent des avantages par rapport aux HTL organiques traditionnels comme Spiro-Ometad, y compris un coût plus faible, une plus grande stabilité thermique et chimique et un alignement favorable de la bande d'énergie avec les bazrs3.
À l'aide de l'outil de simulation SCAPS-1D, développé par Marc Burgelman à l'Université de Gand, nous avons effectué une étude théorique complète pour optimiser les paramètres de l'appareil. Sur plusieurs simulations, nous avons affiné les densités d'accepteur de l'absorbeur, contrôlé les concentrations de défauts, ajusté l'épaisseur de l'absorbeur et exploré l'influence des états de défaut interfaciaux à la fois à la couche de transport d'électrons (ETL) et aux jonctions HTL.
Des méthodes d'analyse avancées, telles que les graphiques de Nyquist, les courbes de Mott-Schottky et les études d'efficacité quantique, ont été appliquées pour obtenir une compréhension détaillée de la dynamique du transport des charges et du comportement de recombinaison.
Nos résultats, publiés dans Communications de chimie inorganiquedémontrez que grâce à l'ingénierie des appareils méticuleux, Bazrs3-Les pérovskites de chalcogénure basés peuvent obtenir des gains de performances significatifs.
Les résultats indiquent cette ingénierie minutieuse des bazrs3– Les dispositifs basés sur des HTL deflafossites peuvent produire des PCE impressionnantes supérieures à 28%, une étape importante pour la technologie solaire sans plomb. Les appareils intégrés à Cufeo2 a réalisé un PCE remarquable de 28,35%, tandis que Cugao2 et Cualo2 Les configurations ont atteint 27,83% et 25,05%, respectivement. Notamment, ces HTL inorganiques ont surpassé ou apparié Spiro-Ometad, soulignant leur immense promesse en tant qu'alternatives robustes et respectueuses de l'environnement.
Ce travail pionnier ne présente pas seulement le potentiel élevé des bazrs3 En tant qu'absorbeur solaire non toxique, mais fournit également la première validation théorique complète des HTL delafossites dans ce système matériel. Alors que le secteur des énergies renouvelables accélère son éloignement des matières dangereuses, nos résultats fournissent des informations vitales aux chercheurs et aux partenaires de l'industrie cherchant à développer des dispositifs photovoltaïques durables, évolutifs et respectueux de l'environnement pour un avenir énergétique durable.
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