Un nouveau prototype utilise le graphène pour protéger la pérovskite dans une cellule solaire

La pérovskite apparaît comme un matériau prometteur pour les cellules solaires, mais elle présente quelques problèmes de durabilité. Aujourd’hui, les ingénieurs ont mis au point une nouvelle électrode qui pourrait les rendre plus stables, en utilisant une couche protectrice de « blindage en graphène ».

En une dizaine d’années, les cellules solaires en pérovskite ont progressé si rapidement qu’elles ont plus ou moins rattrapé l’avance de plusieurs décennies du silicium, atteignant un rendement d’environ 20 %. Mais l’avantage est que la pérovskite est moins chère et plus facile à produire en vrac, et qu’elle peut être imprimée ou pulvérisée directement sur les surfaces.

Mais il y a toujours un hic, et dans ce cas, c’est la stabilité. La pérovskite est susceptible d’être dégradée par les ions provenant des électrodes d’oxyde métallique de la cellule solaire. Mais aujourd’hui, les ingénieurs de l’Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST) en Corée du Sud ont trouvé un moyen de protéger la pérovskite, et l’ingrédient secret est le matériau miracle préféré de tous, le graphène.

Le graphène est un réseau bidimensionnel d’atomes de carbone, transparent, super résistant et électriquement conducteur. Il permet aux photons de la lumière et aux électrons de passer à travers, mais bloque les ions métalliques.

Le nouveau système de l’équipe est fabriqué à l’aide de ce qu’ils appellent un polyimide intégré à un réseau de graphène et de cuivre (GCEP : Graphene Copper Grid-Embedded Polyimide), qui se trouve entre l’électrode métallique et la pérovskite. Cette couche permet à la lumière du soleil de passer à travers la pérovskite pour convertir l’énergie en électrons, qui sont ensuite renvoyés à travers le GCEP vers l’électrode métallique pour être stockés et utilisés.

Un diagramme montrant comment les nouvelles cellules solaires sont fabriquées en utilisant le graphène comme couche protectrice

Lors de tests, les chercheurs ont montré que le nouveau modèle était presque aussi efficace que le modèle normal. Les cellules solaires protégées par une « armure de graphène » avaient un rendement de conversion de 16,4 %, contre 17,5 % pour celles qui n’en avaient pas. Elles ont réussi à maintenir ce rendement pendant de longues périodes, conservant plus de 97,5 % de cette efficacité après 1000 heures.

D’autres avantages étaient également évidents. L’équipe a constaté que les nouvelles cellules étaient plus stables, avec une diffusion beaucoup moins importante des ions métalliques dans la couche de pérovskite. De plus, la couche de graphène bloquait les rayons UV et quasi-UV, empêchant ainsi les dommages que ces longueurs d’onde peuvent causer.

En outre, les nouvelles cellules solaires sont également beaucoup plus flexibles. Après plus de 5 000 essais de flexion, elle a conservé 94 % de son efficacité initiale, ce qui pourrait la rendre utile pour alimenter des appareils électroniques portables.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c00663

https://news.unist.ac.kr/enhancing-the-performance-of-pscs-with-graphene-armor/