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Pérovskites pour l’énergie solaire

 

Un nouveau matériau prometteur pour la conversion de l’énergie solaire est apparu il y a environ 6 à 7 ans : les pérovskites qui, grâce à leur composition et à leur structure réticulaire, présentent des propriétés remarquables, comme une bonne absorption de la lumière dans le spectre visible, une bonne mobilité des porteurs de charge (capitale pour l’extraction de courants électriques) et une grande facilité de préparation et de synthèse.

Description du projet (Projet de recherche terminé)

La facilité de préparation des pérovskites permet d’ajuster leurs propriétés de façon à optimiser le taux de conversion de l’énergie solaire en électricité. Dans un dispositif réel, les charges électriques (électrons et trous) doivent être transmises avec un minimum de pertes via des interfaces avec d’autres matériaux, en particulier l’abondant et bon marché dioxyde de titane. C’est pourquoi, la description du transfert de charge interfacial revêt une importance capitale. Enfin, la longévité d’une cellule solaire est l’un de ses principaux atouts marketing et les pérovskites ont encore besoin d’optimisation à cet égard.

Objectif

Ce projet avait pour objectif d’accroître l’efficacité et la stabilité des cellules solaires à base de pérovskites par l’intermédiaire d’une synthèse améliorée et de leur caractérisation détaillée au niveau atomique, grâce à des outils expérimentaux et théoriques de pointe. De plus, il visait à optimiser l’efficacité de conversion de l’énergie solaire et la photostabilité des cellules solaires à base de pérovskites.

Résultats

Un taux de conversion record (environ 21%) a été atteint durant le projet et a même été dépassé depuis lors. Afin d’améliorer la stabilité des cellules, l’interface a subi des modifications techniques avec le recours à des pérovskites de petite dimension. Sur le plan de la caractérisation, des comportements inédits des charges ont été mis en lumière, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles applications employant des pérovskites en guise de dispositifs émetteurs de lumière. Les détails collectés dans le cadre de ce projet au sujet de la migration des charges dans les matériaux offrent une meilleure compréhension de la manière dont le taux de conversion et la stabilité des cellules solaires à base de pérovskites pourraient être améliorés. En résumé :

  • Mise en évidence d’une méthode d’ingénierie d’interface et formation des pérovskites de petite dimension pour améliorer la stabilité et l’efficacité des cellules solaires.
  • Caractérisation du comportement de charge de mono-cristaux de pérovskites organiques-inorganiques soumis à des irradiations par impulsions courtes. Mise en évidence de nouvelles quasi-particules sous flux élevé et détermination précise de la masse effective des électrons et des trous.
  • Développement d’une nouvelle méthode expérimentale pour suivre le transfert d’électrons interfacial.
  • Calculs de masses effectives largement en accord avec les résultats expérimentaux.
  • Clarification de l’origine du changement d’écart énergétique avec la température et double émission.

Importance

Implications pour la recherche

Il ne fait aucun doute que les résultats ci-dessus sont d’une grande importance pour la recherche. La découverte d’excitons de Mahan est une étape importante, de même que les connaissances issues des calculs.

Implications pour la pratique

La mise en évidence d’une nouvelle méthode d’ingénierie d’interface et l’utilisation de pérovskites de petite dimension pour améliorer la stabilité et le taux de conversion devraient avoir un impact considérable.

Titre original

Preparation and characterization of high efficiency hybrid organic-inorganic thin film solar cells

Responsables du projet

  • Prof. Majed Chergui, Laboratoire de spectroscopie ultrarapide, EPF Lausanne
  • Prof Ursula Röthlisberger, Laboratoire de chimie et biochimie computationnelles, EPF Lausanne
  • Dr. Mohammad Khaja Nazeeruddin, Laboratoire de photonique et interfaces, EPF Lausanne

 

 

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