Les cellules solaires à pérovskite (PSC) sont l’une des technologies de cellules solaires à la croissance la plus rapide au monde. Ces éléments sont à couches minces, légers, flexibles et fabriqués à partir de matériaux à faible coût. Cependant, ce type de cellule solaire se heurte encore à un problème majeur : la dégradation très rapide de la pérovskite dans des conditions thermiques.

La passivation est un moyen simple mais efficace d’améliorer la stabilité des cellules solaires en pérovskite et a été considérée comme l’une des stratégies les plus efficaces pour éliminer les défauts des matériaux en pérovskite et leurs effets négatifs. La surface pérovskite passivée devient plus résistante aux conditions extérieures, telles que la température ou l’humidité, et plus stable, ce qui prolonge la durée de vie de l’appareil.

Les matériaux synthétisés par KTU ont été utilisés dans des mini modules solaires

Les chimistes du KTU, en collaboration avec des chercheurs de centres scientifiques en Chine, en Italie, en Lituanie, en Suisse et au Luxembourg, ont considérablement amélioré la stabilité des cellules solaires en pérovskite en utilisant la méthode de passivation. La surface de pérovskite devient chimiquement inactive pendant la passivation, éliminant ainsi les défauts de pérovskite qui se produisent pendant la fabrication. Les cellules solaires en pérovskite obtenues atteignent un rendement de 23,9 % avec une stabilité opérationnelle à long terme (plus de 1 000 h).

« La passivation a été appliquée dans le passé, mais jusqu’à présent, une couche bidimensionnelle (2D) de pérovskite s’est formée sur l’absorbeur de lumière perovskite tridimensionnel (3D) traditionnel, ce qui rend difficile le déplacement des porteurs, en particulier à des températures plus élevées. . hauteur. Il est essentiel d’éviter cela car les cellules solaires chauffent », explique le co-inventeur du KTU, chercheur principal, le Dr Kasparas Rakštys.

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Kasparas Rakštys

© Archives KTU

Pour résoudre ce problème, une équipe internationale de chercheurs a mené une étude qui a estimé l’énergie minimale requise pour former des pérovskites 2D. La surface de la couche de pérovskite 3D a été passivée par différents isomères d’iodure de phénylènediéthylammonium synthétisés par KTU. Ces isomères ont la même formule moléculaire mais des atomes différents dans l’espace, ce qui détermine la probabilité de formation de pérovskite 2D.

Des chercheurs de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse ont testé la technologie et créé des mini-modules solaires en pérovskite avec une surface active plus de 300 fois plus grande que les cellules solaires en pérovskite testées en laboratoire. Ces mini-modules ont atteint un rendement record de conversion de l’énergie solaire de 21,4 %. La surface de la couche de pérovskite des modules minisolaires record a été recouverte de matériaux développés par les chimistes du KTU.

« L’étude s’est avérée assez efficace pour prévenir les effets négatifs de la passivation des cellules solaires. Il a été trouvé qu’un isomère avec des centres de passivation les plus proches les uns des autres caractérise la passivation la plus efficace. En raison des interférences spatiales, cela affecte la production de pérovskites 2D. L’interférence spatiale est également utilisée comme un outil pour prévenir ou ralentir les réactions négatives », explique le chercheur du KTU.

L’invention est apparue dans l’un des magazines les plus prestigieux

Les résultats ont été publiés dans Nature Communications, l’une des revues scientifiques les plus respectées au monde.

En ce moment, les chercheurs du KTU travaillent avec des collègues d’autres pays pour produire des matériaux porteurs de trous fonctionnels et de nouvelles compositions de pérovskite : « La coopération scientifique internationale est vitale car il est impossible de couvrir tous les secteurs travaillant sur un sujet aussi interdisciplinaire comme la chimie, la physique et la science des matériaux.

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Après avoir obtenu son Master en chimie appliquée à KTU, le Dr Rakštys a fait son doctorat en Suisse puis un stage en Australie. Aujourd’hui, il travaille à KTU.

«Après avoir passé plus de 6 ans dans de prestigieuses institutions de recherche étrangères, j’ai décidé de concrétiser mes idées scientifiques en Lituanie et de contribuer ainsi au succès de la croissance et de la vulgarisation de la science lituanienne. Je crois que travailler dans son propre pays peut apporter plus de sens, d’inspiration et de réalisation de soi. Le soutien financier fourni par la Fondation MJJ a largement contribué à cette décision », déclare le Dr Rakštys.

Les chercheurs du KTU synthétisent, testent et visent à appliquer de nouveaux matériaux pour la production de cellules solaires plus efficaces et plus stables : « C’est un domaine très attractif car les cellules solaires à pérovskite sont actuellement l’une des technologies à la croissance la plus rapide et leur commercialisation réussie pourrait contribuer à des solutions pour changement climatique », explique le Dr Rakštys.

Ce n’est pas la première fois que les scientifiques du KTU établissent un record mondial dans le domaine des technologies solaires. Les chimistes du KTU, ainsi que les physiciens de l’Institut de recherche Helmholtz-Zentrum (HZB) à Berlin, ont amélioré l’efficacité des cellules solaires en tandem au silicium pérovskite, qui est maintenant de 29,8 %. C’est un record mondial pour ce type d’élément solaire.

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