Des chercheurs de l'Université de Soochow ont mis en évidence le potentiel d'avancées significatives en matière d'efficacité des cellules solaires, en se concentrant sur les cellules solaires à pérovskite à haut rendement. Leur examen décrit l'état actuel de la recherche et les orientations futures, en mettant l'accent sur les avantages des cellules solaires à pérovskite, tels que leur rendement élevé, leur faible coût et leur flexibilité.
Les panneaux solaires commerciaux ont actuellement la capacité de transformer environ 15 à 20 % de la lumière solaire qu’ils captent en énergie électrique. Cependant, les experts de l'Université de Soochow suggèrent qu'il existe une marge d'amélioration significative. Ils soulignent que la prochaine génération de cellules solaires a atteint un rendement de 26,1 %, ce qui indique un potentiel pour des taux de rendement encore plus élevés. Néanmoins, ils soulignent la nécessité de recherches plus ciblées non seulement pour normaliser ce niveau d’efficacité, mais aussi pour le dépasser.
Ils ont récemment publié leur examen de l'état actuel de la recherche sur les cellules solaires à pérovskite à haut rendement et leurs recommandations pour les travaux futurs dans ce domaine. Matériaux et dispositifs énergétiquess.
« Les cellules solaires aux halogénures métalliques et à la pérovskite sont un nouveau type de cellule solaire à haute performance », a déclaré le premier auteur Fengren Cao, chercheur à l'École des sciences physiques et technologiques de l'Université de Soochow. « Ils présentent d'excellentes propriétés photoélectriques et ont un potentiel de rendement élevé et de faible coût, ce qui en fait un candidat prometteur pour les futures applications de l'énergie solaire. »
Avantages des cellules solaires pérovskites
La pérovskite aux halogénures métalliques contenue dans ces cellules solaires est un matériau organique semblable à l'oxyde de calcium et de titane qui fonctionne comme un semi-conducteur absorbant la lumière pour capter la lumière solaire incidente et la convertir en énergie.
« Les cellules solaires à pérovskite offrent un rendement élevé, dépassant 26 % dans des conditions de laboratoire ; faible coût, utilisant des matériaux relativement peu coûteux et des procédés de fabrication simples ; flexibilité, car ils peuvent être fabriqués sur des substrats flexibles – tels que des feuilles de plastique ou de métal – permettant le développement de dispositifs photovoltaïques légers et flexibles ; et ils peuvent être étendus à des tailles plus grandes », a déclaré Cao. « Ils ont un potentiel extraordinaire en tant que prochaine génération de technologie photovoltaïque. »
Des chercheurs de l'Université de Soochow ont examiné les développements actuels visant à rendre les cellules solaires à pérovskite plus efficaces et proposent des orientations pour guider les recherches futures. Ils peuvent actuellement atteindre un peu plus de 25 % d’efficacité, mais la recherche indique qu’ils pourraient en faire davantage si les limitations actuelles étaient prises en compte de manière appropriée. Crédit : Fengren Cao, Université de Soochow
Cependant, a noté Cao, seules quelques équipes de recherche ont développé des cellules solaires à pérovskite capables d'un rendement de 25 % ou plus.
« Au cours des dernières années, de nombreuses stratégies ont été adoptées pour améliorer l'efficacité des cellules solaires à pérovskite », a déclaré Cao. « Mais atteindre un rendement supérieur à 25 % n’est pas encore chose courante. En tant que tel, dans cet article, nous résumons les développements récents dans le domaine des cellules solaires pérovskites à haut rendement et mettons en évidence leurs stratégies efficaces en matière de régulation cristalline, de passivation d’interface et de conception structurelle des couches de composants.
Stratégies pour améliorer l'efficacité
Ces stratégies pourraient traiter efficacement les principales causes de faible efficacité, à savoir les défauts induits par le processus de préparation et une structure de bande inadaptée, selon Cao. La structure de bande fait référence aux niveaux d'énergie des électrons dans le matériau : trop faible et la cellule ne peut pas convertir correctement ou efficacement la lumière du soleil en énergie, trop élevé et la cellule est confrontée au même problème.
Cao a également noté que d'autres types de cellules solaires pourraient être combinés pour construire des « cellules solaires en tandem » qui pourraient fonctionner ensemble pour dépasser les limites d'efficacité d'un seul type de cellule solaire. En outre, a déclaré Cao, les méthodes de fabrication de composants plus grands doivent être optimisées pour atteindre la même efficacité que les méthodes de fabrication de petites surfaces inférieures à un dixième de centimètre carré.
« Nous pensons que les cellules solaires à pérovskite constituent une classe de cellules solaires les plus prometteuses, et ces efforts garantiront qu'elles pourront être commercialisées et industrialisées à l'avenir », a déclaré Cao, expliquant que des recherches supplémentaires aborderaient également des défis tels que la tolérance aux défauts et problèmes liés à la stabilité. « L’avenir des cellules solaires à pérovskite est incroyablement passionnant et le potentiel de progrès ultérieurs est vaste. »
Parmi les autres contributeurs figurent Liukang Bian et Liang Li, tous deux de l'École des sciences physiques et technologiques, Centre pour les matériaux et la physique de conversion d'énergie, Laboratoire clé des couches minces du Jiangsu, Université de Soochow. Cao est également affilié au Jiangsu Key Laboratory of Advanced Negative Carbon Technologies de l'Université de Soochow.
La Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le développement de programmes académiques prioritaires des établissements d'enseignement supérieur du Jiangsu ont soutenu ce travail.
