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Les cellules solaires en pérovskite sont très prometteuses pour l’avenir de l’énergie solaire. Le matériau est bon marché, facile à produire et presque aussi efficace que le silicium, matériau traditionnellement utilisé dans les cellules solaires. Cependant, la pérovskite se dégrade rapidement, ce qui limite considérablement son efficacité et sa stabilité dans le temps.

Du fluor pour de meilleures cellules solaires

Des chercheurs de l’université technologique d’Eindhoven, de l’institut de recherche en énergie Differ, de l’université de Pékin et de l’université de Twente, ont découvert qu’en ajoutant une petite quantité de fluorure à la pérovskite, une couche protectrice augmentait considérablement la stabilité des matériaux et des cellules solaires.
Grâce au fluor, les cellules solaires conservent 90% de leur efficacité après 1000 heures de fonctionnement dans diverses conditions de tests extrêmes. Les résultats sont publiés Nature Energy.
Parce qu’elles sont si très peu coûteuses à fabriquer, les cellules solaires à pérovskite ont été au centre de nombreuses recherches solaires récentes. En conséquence, leur efficacité est passée de moins de 4% en 2009 à plus de 24% actuellement, ce qui est proche des cellules aux siliciums traditionnelles. Les cellules dites tandems, qui combinent des cellules de silicium et de pérovskite, atteignent une efficacité supérieure de 28%.
Malgré ce succès, la pérovskite présente un certain nombre de défauts dus à la nature du matériau et à la manière dont il est fabriqué. Au fil du temps, des lacunes dans la structure atomique de l’halogénure de métal provoquent la dégradation de la pérovskite sous l’influence de l’humidité, de la lumière et de la chaleur.

Une couche protectrice

Les chercheurs d’Eindhoven, de Twente et de Beijing ont expérimenté un nouveau type de pérovskite, en ajoutant une petite quantité de fluorure dans le processus de production. Tout comme le fluor dans le dentifrice, les ions de fluor forment une couche protectrice autour du cristal, empêchant la diffusion des défauts.
«Nos travaux ont considérablement amélioré la stabilité des cellules solaires aux pérovskites», déclare Shuxia Tao, responsable de la recherche au Centre de recherche sur l’énergie numérique (CCER). «Nos cellules conservent 90% de leur efficacité après 1000 heures d’utilisation dans des conditions de lumière et de chaleur extrêmes. Nous atteignons une efficacité de 21,3%, ce qui est un très bon point de départ pour de nouveaux gains d’efficacité »
Une grande partie du travail de l’équipe d’Eindhoven a consisté à expliquer pourquoi le fluor est un ingrédient si efficace par rapport à d’autres halogènes. À l’aide de simulations sur ordinateur, ils concluent qu’une partie de son succès est due à la petite taille et à la grande électronégativité des ions de fluor. Plus l’électronégativité d’un élément est élevée, plus il attire facilement les électrons des éléments voisins. Cela aide les ions de fluor à former des liaisons fortes avec les autres éléments du composé pérovskite, formant une couche protectrice très stable.

De futures recherches

Cette étude est considérée comme une étape importante vers la mise en œuvre réussie des cellules solaires à pérovskite dans le futur. Cependant, beaucoup de travail reste à faire. «Nous prévoyons qu’il faudra encore cinq à dix ans pour que ces cellules deviennent un produit commercialement viable. Nous devons non seulement améliorer encore leur efficacité et leur stabilité, mais également acquérir une meilleure compréhension théorique des mécanismes pertinents à l’échelle atomique. Nous ne savons toujours pas pourquoi certains matériaux sont plus efficaces que d’autres pour augmenter la stabilité à long terme de ces cellules », déclare Tao.
Source : Eindhoven University of Technology
Crédit photo : Pixabay

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