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Des chercheurs de l’Université du Zhejiang en Chine ont conçu une cellule solaire à pérovskite inversée utilisant de la pérovskite hybride à haute entropie (HEHP). Cette approche a permis d’améliorer la stabilité, sans compromettre l’efficacité.

La structure de HEHP est unique en raison de ses groupes organiques hautement désordonnés. Ces groupes contribuent au gain d’entropie et à l’amélioration de la stabilité thermique et de la robustesse structurelle. Magazine PVJingjing Su, co-auteur de l’étude, a expliqué les conclusions de l’équipe.

« Nos travaux mettent en évidence le potentiel d’un type de structure à haute entropie, à savoir les pérovskites hybrides à haute entropie, pour améliorer l’efficacité et la stabilité du solaire pérovskite », a déclaré Su.

Ce qui distingue ce nouveau matériau est sa structure constituée de multiples composés de pérovskites monophasés. Par rapport à la pérovskite conventionnelle, cette structure présente une stabilité de phase plus élevée à haute température, ce qui a été confirmé par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire.

« Le monocristal HEHP a montré un ensemble de pics distincts pour tous les cations organiques constitutifs, ce qui concorde bien avec un mélange équimolaire des cinq cations organiques », a expliqué l’équipe. Cela indique une structure hybride composée de structures inorganiques structurées et de couches organiques non structurées.

Efficacité et stabilité inégalées

L’équipe a construit une cellule solaire à pérovskite à l’aide d’un film HEHP, qui, selon elle, présente une résistance remarquable à l’eau, à la chaleur et à l’humidité.

La structure de cellule solaire comprend un substrat en oxyde d’étain et d’indium (ITO), une couche de transport d’électrons en oxyde d’étain (SnO2), un absorbeur de pérovskite, une couche de transport de trous Spiro-OMeTAD et un contact métallique en argent (Ag).

Dans des conditions d’éclairage standard, la cellule a atteint un rendement de conversion de puissance de 25,7 %, dépassant le rendement de l’appareil de référence de 23,2 %. La tension en circuit ouvert a atteint 1,17 V, tandis que la densité de courant de court-circuit et le facteur de remplissage étaient respectivement de 25,8 mA cm² et 85,2 %.

Il convient de noter que la cellule basée sur HEHP a conservé plus de 98 % de son efficacité initiale après 1 000 heures de fonctionnement. Cela indique l’adéquation de la cellule pour des applications réelles à long terme.

L’équipe attribue ces améliorations à la réduction de la recombinaison non radiative et à l’interface améliorée résultant de l’incorporation de HEHP. « La supériorité du HEHP sur un seul composant dans la réduction des perturbations électroniques peut être attribuée à la coexistence de plusieurs types de cations du site A qui peuvent interagir en synergie avec différents défauts », a déclaré l’équipe au magazine PV.

Implications pour l’avenir de l’énergie solaire

L’équipe de recherche pense que le nouveau matériau pérovskite pourrait être largement applicable à différentes compositions de pérovskites et géométries cellulaires.

Cette polyvalence positionne la technologie HEHP comme une stratégie potentiellement universelle et tolérante aux pannes pour améliorer les performances des cellules solaires à pérovskite dans diverses conditions et pourrait être cruciale pour améliorer les rendements de production à mesure que l’industrie développe la production de masse de dispositifs à pérovskite.

L’équipe de recherche est optimiste quant aux applications futures de leurs résultats. « Cela pourrait constituer une stratégie hautement universelle et tolérante aux pannes pour améliorer les performances des cellules solaires à pérovskite dans différents scénarios, ce qui est crucial pour améliorer la production de dispositifs à pérovskite dans la future production industrielle de masse », ont-ils déclaré. Magazine PV.

À mesure que la recherche et le développement se poursuivent, les pérovskites hybrides à haute entropie pourraient contribuer à libérer tout le potentiel de l’énergie solaire.