Source: pv-magazine
Une équipe internationale de chercheurs dirigée par Julian Steele de la KU Leuven University, en Belgique, affirme avoir mis au point un processus permettant d'améliorer la stabilité thermique d'un des matériaux de pérovskite les plus prometteurs pour l'application photovoltaïque: le CsPbI3.
«L’un des principaux obstacles au déploiement commercial des cellules solaires à pérovskite est leur instabilité», a déclaré Steele. "Le coût de leurs ingrédients est faible, leur efficacité monte en flèche mais leur stabilité reste problématique."
Toutes les variantes de pérovskite découvertes à ce jour sont chimiquement sensibles. L'exposition à l'air, à l'humidité, à la lumière et à la chaleur peut altérer leurs liaisons chimiques et les dégrader. Steele a déclaré que l'incorporation de césium dans la formulation de CsPbI3 rend le matériau plus robuste mais introduit également une instabilité de phase, soulevant un nouveau problème pour les fabricants de cellules solaires quant à savoir si les molécules changeront à tout moment.
Le polymorphisme, comme on le sait, est déconcertant pour les fabricants. À plus de 320 degrés Celsius, CsPbI3 adopte une structure cristalline qui le rend noir et opaque; à température ambiante, il reprend une configuration amorphe qui lui donne une couleur jaunâtre. Cette dernière forme réduit considérablement l’absorption de la lumière et l’efficacité de toute cellule solaire dans laquelle le matériau serait incorporé.
Pendant des années, le processus régissant la transformation de phase dans CsPbI3 n'était pas clair. Les chercheurs ont réussi à imposer une phase cristalline en incorporant de nouveaux composés chimiques dans leurs couches de pérovskites ou en modifiant la taille des cristaux qui les composent. Cependant, personne n'a encore réussi à expliquer pourquoi ces astuces fonctionnent. Un casse-tête récurrent consiste à savoir pourquoi les couches recuites dans des conditions identiques virent parfois au jaune et parfois au noir lorsqu'elles refroidissent à la température ambiante.
Haute tension
Les mesures effectuées à l’installation européenne de rayonnement synchrotron de Grenoble, en France, ont récemment identifié un candidat susceptible de conduire à une transition de phase: le substrat sur lequel la couche de pérovskite est déposée.
Dans un article de Science, Steele a expliqué que la jonction entre la couche de pérovskite et la surface de verre sur laquelle elle est appliquée peut provoquer une tension dans la couche capable de créer un lien entre la phase désirée.
Selon l'étude, qui a impliqué des scientifiques de 11 centres de recherche sur trois continents, l'interface entre la pérovskite et le substrat qui se forme lors du recuit à haute température subsiste même après le retour à la température ambiante. Si la chute de température est assez forte, la pérovskite peut conserver le maillage cristallin de l'interface et s'y adapter.
La couche de pérovskite s'étend "comme un accordéon" lorsqu'elle est chauffée, a déclaré Steele. Le chercheur principal a ajouté: «Une fois refroidie, cette couche essaie de se comprimer à nouveau, mais l'interface qu'elle a formée avec le substrat la maintient étendue. Dans notre étude, nous avons démontré que cette tension entre la couche de pérovskites et le substrat pouvait être exploitée pour stabiliser la phase cristalline qui forme les couches noires de pérovskites. ”
