L’amélioration rapide des cellules solaires pérovskites en a fait l’étoile montante du monde du photovoltaïque et un sujet d’intérêt majeur pour la communauté universitaire. Comme leurs méthodes de fonctionnement sont encore relativement nouvelles, il existe de grandes possibilités de poursuivre les recherches sur la physique et la chimie fondamentales des pérovskites. En outre, comme cela a été démontré au cours des dernières années, les améliorations techniques apportées aux formulations et aux procédés de fabrication des pérovskites ont permis d’augmenter considérablement le rendement de conversion de l’énergie, les dispositifs récents atteignant plus de 27%..
Qu’est-ce qu’une cellule solaire pérovskite ?
Une nouvelle catégorie de cellules photovoltaïques à couche mince est en train d’être développée, également appelée cellules photovoltaïques de troisième génération, qui fait référence aux cellules photovoltaïques utilisant des technologies qui ont le potentiel de dépasser les limites actuelles d’efficacité et de performance ou qui sont basées sur de nouveaux matériaux. Cette troisième génération de PV comprend le DSSC, le photovoltaïque organique (OPV), le PV à points quantiques (QD) et le PV à pérovskite.
Une cellule solaire pérovskite est un type de cellule solaire qui comprend un composé structuré pérovskite, le plus souvent un matériau hybride organique-inorganique à base d’halogénure de plomb ou d’étain, comme couche active de récolte de la lumière. Les matériaux pérovskites tels que les halogénures de plomb méthylammonium sont peu coûteux à produire et relativement simples à fabriquer. Les pérovskites possèdent des propriétés intrinsèques telles qu’un large spectre d’absorption, une séparation rapide des charges, une longue distance de transport des électrons et des trous, une longue durée de vie de la séparation des porteurs… qui en font des matériaux très prometteurs pour les cellules solaires à venir.
Quels sont les limites des pérovskites ?
Le plus grand problème actuel dans le domaine des pérovskites est l’instabilité à long terme. Il a été démontré que cette instabilité est due à des voies de dégradation impliquant des facteurs externes, tels que l’eau, la lumière et l’oxygène, mais aussi à une instabilité intrinsèque, telle que la dégradation par chauffage, en raison des propriétés du matériau.
Plusieurs stratégies ont été proposées afin d’améliorer la stabilité, la plus réussie étant de modifier le choix des composants. Il a été démontré que l’utilisation de systèmes à cations mixtes (par exemple en incluant des cations inorganiques tels que le rubidium ou le césium) améliore à la fois la stabilité et l’efficacité. Les premières cellules de pérovskite à dépasser une efficacité de 20% utilisaient un système à cations organiques mixtes, et un grand nombre des systèmes à efficacité maximale trouvés récemment utilisent des composants inorganiques.
La stabilité a également été améliorée par l’utilisation de la passivation de surface et par la combinaison de pérovskites à couches 2D (qui présentent une meilleure stabilité intrinsèque, mais des performances moindres) avec des pérovskites 3D conventionnelles. Ces efforts (ainsi que des facteurs tels qu’une meilleure encapsulation) ont considérablement amélioré la stabilité des pérovskites depuis leur introduction, et leur durée de vie est en bonne voie pour répondre aux normes industrielles.