Le prototype de cellule solaire tandem en pérovskite de l’équipe.
Des ingénieurs ont mis au point une nouvelle cellule solaire dotée d’une tension et (sans doute) d’un rendement record pour son genre. La cellule solaire tandem tout pérovskite utilise deux couches de pérovskite qui exploitent différentes longueurs d’onde de la lumière, ainsi qu’un traitement de surface spécial qui réduit le gaspillage d’énergie.
Dans le domaine du photovoltaïque, la pérovskite est un matériau particulièrement prometteur qui vise à détrôner le silicium. Elle est non seulement capable d’absorber l’énergie de la lumière solaire, mais elle est aussi plus fine, plus légère, plus flexible, plus facile et moins chère à fabriquer.
L’efficacité de la pérovskite a considérablement augmenté en un peu plus de dix ans, passant de moins de 4 % en 2009 à plus de 25 % en 2021, rivalisant désormais avec le silicium. Elle fonctionne encore mieux dans les cellules dites « tandem », où plusieurs couches de matériaux sont empilées les unes sur les autres pour récolter différentes longueurs d’onde de la lumière du soleil. Les cellules solaires tandem pérovskite-silicium, par exemple, ont récemment franchi la barre des 30 % d’efficacité.
Dans cette nouvelle étude, une équipe d’ingénieurs a créé et testé une cellule solaire tandem entièrement en pérovskite. Comment une cellule solaire peut-elle être entièrement en pérovskite tout en restant tandem ? L’épaisseur et la composition chimique du matériau peuvent être modifiées pour lui permettre d’exploiter différentes parties du spectre solaire, de sorte que deux versions différentes du matériau peuvent être combinées dans un seul dispositif.
« Dans notre cellule, la couche supérieure de pérovskite a une bande interdite plus large, qui absorbe bien la partie ultraviolette du spectre, ainsi qu’une partie de la lumière visible », explique Chongwen Li, co-auteur principal de l’étude. « La couche inférieure a une bande interdite étroite, qui s’accorde davantage avec la partie infrarouge du spectre. Entre les deux, nous couvrons une plus grande partie du spectre que ce qui serait possible avec du silicium. »
En utilisant cette conception, l’équipe a rapporté qu’une cellule solaire mesurant 1 cm2 avait une efficacité maximale de 27,4 %, ce qui serait un record pour son type et impressionnant pour tout type de cellule solaire. Toutefois, l’équipe n’a pas pu revendiquer le titre, car une certification indépendante du NREL (National Renewable Energy Laboratory) a enregistré un rendement de 26,3 %, soit 0,1 % de moins que le détenteur du record officiel.
C’est au niveau de la tension que la pile a atteint un nouveau record. L’équipe a mesuré une tension en circuit ouvert de 2,19 électron-volts, la plus élevée de toutes les cellules solaires tandem entièrement en perovskite.
Ces deux chiffres impressionnants ont été obtenus grâce à des modifications apportées à l’interface entre la couche de pérovskite absorbant la lumière et la couche qui transporte les électrons. L’équipe a constaté que le champ électrique n’était pas uniforme à la surface de la pérovskite, ce qui signifie que certains électrons étaient perdus pour le circuit. L’équipe a donc ajouté une fine couche de 1,3-propanediammonium (PDA), qui égalise la charge de la surface.
Selon l’équipe, les travaux futurs viseront à améliorer l’efficacité de la cellule solaire en la rendant plus stable, en augmentant le courant et en élargissant la taille de la cellule.
