Les chercheurs de l’UNIST, en collaboration avec l’Université de Corée, ont considérablement amélioré la stabilité et l’efficacité des cellules solaires à pérovskite, offrant ainsi des avancées dans la production d’énergie solaire et d’hydrogène vert. En développant une nouvelle couche intermédiaire cathodique, ils ont obtenu des performances exceptionnelles dans les dispositifs photovoltaïques et photoélectrochimiques, marquant ainsi une avancée dans la technologie de l’énergie durable.
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 fait des progrès significatifs dans l’amélioration la stabilité et l’efficacité des cellules solaires à pérovskite. Leurs recherches pionnières font non seulement progresser le potentiel de commercialisation des cellules solaires à pérovskite (PSC), mais montrent également des implications prometteuses pour la technologie de production d’hydrogène vert, garantissant un fonctionnement efficace et durable.
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.
a) Illustration de l’interaction chimique entre le PDINN et les atomes métalliques. b) Image SEM transversale d’un appareil photovoltaïque. Crédit : UNIST
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.
Réalisations remarquables en termes d’efficacité et de stabilité
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.
En haut à gauche se trouvent le professeur Jungki Ryu, le professeur Ji-Wook Jang et le professeur Sung-Yeon Jang. En bas à gauche se trouvent Yuri Choi, Muhibullah Al Mubarok et Rashmi Mehrotra. Crédit : UNIST
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, comme l’hydrogène, qui constituent la base de diverses industries. »
a) Illustration schématique du dispositif PEC utilisant une photocathode TLHP/PDINN et une anode CNT/C3N4. Crédit : UNIST
L’étude a reçu le soutien de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) relevant du ministère des Sciences et des TIC (MSIT).
