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Sur le point de supplanter les cellules solaires à couche mince actuelles, les cellules solaires perovskite semblent incarner une cellule solaire idéale: très efficace et peu coûteuse, s’il n’y avait pas la question d’une faible stabilité à long terme qui reste un défi.

Un mystère des cellules solaires perovskite enfin compris

Des phénomènes particuliers se produisent dans les matériaux et dispositifs en pérovskite, où des processus microscopiques très lents peuvent produire une sorte «d’effet mémoire». Par exemple, la mesure de l’efficacité d’une cellule solaire à pérovskite peut dépendre de facteurs tels que la durée pendant laquelle le dispositif est éclairé avant la mesure ou la manière dont la tension a été appliquée.
Il y a quelques années, cet effet, connu sous le nom d’hystérésis courant-tension, a entraîné des conflits sur la manière de déterminer avec précision l’efficacité des pérovskites. Un autre exemple de ces processus obscurs est la récupération (partielle) d’une cellule solaire précédemment dégradée au cours d’un cycle jour-nuit.
De tels effets sont une préoccupation lors de la mesure de la performance des cellules solaires en fonction de la fréquence, ce qui est une mesure typique pour caractériser ces dispositifs plus en détail (spectroscopie d’impédance). Ils génèrent de gros signaux aux basses fréquences (Hz à mHz) et des valeurs de capacité gigantesques pour le (mF/cm2), y compris d’étranges valeurs négatives «non physiques» qui restent un casse-tête pour la communauté des chercheurs.
Maintenant, les ingénieurs chimistes du laboratoire d’Anders Hagfeldt à l’EPFL ont résolu ce mystère. Dirigés par Wolfgang Tress, un scientifique du laboratoire de Hagfeldt, ils ont découvert que les grandes capacités des pérovskites ne sont pas des capacités classiques au sens du stockage de charge, mais apparaissent simplement comme des capacités en raison du temps de réponse lent des cellules.

Un courant qui augmente lentement apparaît comme une capacité négative

Les chercheurs ont démontré cela par des mesures dans le domaine temporel et avec différentes fréquences de balayage de tension. Ils ont constaté que l’origine de la capacité apparente est une modification lente du courant passant au contact des cellules solaires, qui est régulée par une lente accumulation de charge ionique mobile. Un courant qui augmente lentement apparaît comme une capacité négative dans le spectre d’impédance.
Le travail met en lumière l’interaction entre l’effet photovoltaïque de ces dispositifs et la conductivité ionique des matériaux à base de pérovskite. Une telle compréhension contribuera à la recherche de cellules solaires pérovskites sur mesure et stables.
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.
Source : École Polytechnique Federale de Lausanne
Crédit photo sur Unsplash : Mariana Proença