Source: scitechdaily.com
Les scientifiques des matériaux de l'Université Rice utilisent des ingrédients inorganiques pour limiter les défauts et préserver leur efficacité.
Les scientifiques de l'Université Rice estiment qu'ils ont surmonté un obstacle majeur empêchant les cellules solaires à base de perovskite de se généraliser.
Le chercheur postdoctoral de l'Université Rice, Jia Liang, détient des cellules solaires en pérovskite développées avec tous les matériaux inorganiques. Contrôler les défauts dans les cellules en éliminant les composants organiques les rend plus robustes tout en conservant leur efficacité de conversion de puissance. Crédit: Jeff Fitlow / Rice University
Grâce à l'utilisation stratégique de l'élément indium pour remplacer une partie du plomb dans les pérovskites, le scientifique des matériaux du riz, Jun Lou, et ses collègues de la Brown School of Engineering, affirment qu'ils sont mieux en mesure de remédier aux défauts des cellules solaires au césium-plomb-iodure. affecter la bande interdite du composé, une propriété essentielle de l'efficacité des cellules solaires.
De plus, les cellules nouvellement formulées du laboratoire peuvent être fabriquées à l'air libre et durer des mois plutôt que des jours avec une efficacité de conversion solaire légèrement supérieure à 12%.
Les résultats de l'équipe Rice ont été publiés dans Advanced Materials le 4 novembre 2019.
Les pérovskites sont des cristaux avec des réseaux en cubes qui sont connus pour être des collecteurs de lumière efficaces, mais les matériaux ont tendance à être stressés par la lumière, l'humidité et la chaleur.
Pas les perovskites du riz, a déclaré Lou.
"De notre point de vue, c'est quelque chose de nouveau et je pense que cela représente une avancée importante", a-t-il déclaré. «Cela diffère des perovskites traditionnels traditionnels, dont on parle depuis 10 ans - les hybrides inorganiques-organiques qui vous donnent le rendement le plus élevé jamais enregistré, environ 25%. Mais le problème avec ce type de matériau est son instabilité.
"Les ingénieurs développent des couches de recouvrement et des éléments pour protéger ces matériaux précieux et sensibles de l'environnement", a déclaré Lou. «Mais il est difficile de faire la différence avec les matériaux intrinsèquement instables. C'est pourquoi nous avons décidé de faire quelque chose de différent. "
Une image au microscope électronique montre une coupe transversale de la cellule solaire à base de pérovskite entièrement inorganique mise au point à l'Université Rice. Du haut, les couches sont une électrode de carbone, de la pérovskite, de l'oxyde de titane, de l'oxyde d'étain dopé au fluor et du verre. La barre d'échelle est égale à 500 nanomètres. Crédit: Lou Group / Rice University
Le chercheur postdoctoral et auteur principal de Rice, Jia Liang, et son équipe ont construit et testé des cellules solaires à pérovskite de césium, de plomb et d'iodure inorganiques, les cellules mêmes qui ont tendance à tomber en panne rapidement en raison de défauts. Mais en ajoutant du brome et de l'indium, les chercheurs ont pu supprimer les défauts du matériau, en augmentant l'efficacité au-dessus de 12% et le voltage à 1,20 volts.
En prime, le matériau s'est avéré exceptionnellement stable. Les cellules ont été préparées dans des conditions ambiantes, résistant à la forte humidité de Houston, et les cellules encapsulées sont restées stables dans l'air pendant plus de deux mois, bien mieux que les quelques jours que duraient les cellules ordinaires à l'iodure de césium-plomb.
Une vue schématique montre une cellule solaire entièrement inorganique en pérovskite mise au point par des scientifiques spécialistes des matériaux à l'Université Rice. Crédit: Lou Group / Rice University
"La plus grande efficacité pour ce matériau peut être d'environ 20%, et si nous pouvons y arriver, il peut s'agir d'un produit commercial", a déclaré Liang. «Elle présente des avantages par rapport aux cellules solaires à base de silicium, car la synthèse est très économique, basée sur des solutions et facile à faire évoluer. En gros, il suffit de l'étaler sur un substrat, de le laisser sécher et de disposer de votre cellule solaire. ”
Référence: "Cellules solaires à perovskite inorganique à haute efficacité et à haute efficacité" par Jia Liang, Xiao Han, Ji-Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí et Jun Lou, 4 novembre 2019, Matériaux avancés .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Les coauteurs de l'article sont Xiao Han de la Northwestern Polytechnical University, en Chine; Ji-Hui Yang de l'Université Fudan, Shanghai; Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, Jing Zhang, chercheur postdoctoral, Qing Ai, chercheur universitaire, Tanguy Terlier, spécialiste de la recherche, et Angel Martí, professeur associé de chimie, de bio-ingénierie, de science des matériaux et de nano-ingénierie. Lou est professeur de science des matériaux et de la nano-ingénierie, ainsi que de chimie.
La bourse postdoctorale Peter M. et Ruth L. Nicholas en nanotechnologie, la Welch Foundation, le China Scholarship Council et la National Science Foundation ont soutenu la recherche.
