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Les cellules solaires en perovskite dépassent les 20% de rendement

Des chercheurs de l'EPFL repoussent les limites de performance des cellules solaires en perovskite, en explorant le meilleur moyen de faire croître ces cristaux.

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

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IMAGE: Perovskite Solar Cell Prototype view more

Credit: Alain Herzog / EPFL

Michael Graetzel et son équipe ont découvert qu'en réduisant momentanément la pression pendant une partie de la formation du cristal de perovskite, ils pouvaient atteindre les performances les plus élevées jamais mesurées pour des cellules solaires de perovskite de grandes dimensions, soit plus de 20% de rendement. Cela correspond aux performances des cellules solaires sous forme de film fin conventionnelles de taille équivalente. Leurs résultats sont publiés aujourd'hui dans Science.

C'est une nouvelle prometteuse pour la technologie basée sur le perovskite, qui est bon marché et déjà en développement industriel.

La haute performance du perovskite, toutefois, ne signifie pas la fin de la technologie solaire au silicium. Des questions de sécurité doivent encore être résolues en ce qui concerne la teneur en plomb des prototypes de cellules solaires en perovskite. D'autre part, il faut s'assurer de la stabilité du dispositif.

La perspective de déposer du perovskite sur du silicium pour créer des panneaux solaires hybrides pourrait réellement stimuler l'industrie de la cellule solaire au silicium. Le rendement pourrait dépasser les 30%, la limite théorique d'un tel empilement de cellules étant d'environ 44%. La performance est due au fait que davantage d'énergie solaire peut être collectée: la lumière la plus énergétique est absorbée par la couche supérieure de perovskite; la lumière moins énergétique qui traverse le perovskite est absorbée par le silicium.

Des cellules solaires à colorant au perovskite

Michael Graetzel est connu pour être l'inventeur de la cellule solaire à colorant. C'est de cette technologie que dérivaient les premières cellules en perovskite: le colorant était remplacé par de petites particules de perovskite.

Ce dernier prototype en perovskite, dont la taille est à peu près celle de la moitié d'un ticket de métro, ressemble à un morceau de verre obscurci d'un côté par un mince film de perovskite. Contrairement aux cellules transparentes à colorant, la cellule solaire au perovskite est opaque.

Comment créer une cellule solaire au perovskite

Pour créer une cellule solaire au perovskite, les scientifiques doivent faire croître des cristaux affichant une structure particulière. C'est cette structure que désigne le nom de «perovskite», donné en l'honneur du minéralogiste russe Lev Perovski pour sa découverte.

Les scientifiques commencent par créer une sorte d'encre en dissolvant une sélection de composants dans un liquide. Ils déposent l'encre sur un type de verre spécial conducteur. L'encre sèche, laissant un mince film qui se cristallise sur le verre lorsqu'une chaleur modérée est appliquée. Le résultat final est une mince couche de cristaux de perovskite.

La difficulté consiste à faire croître un mince film de cristaux de perovskite de manière à ce que la cellule solaire absorbe un maximum de lumière. Les scoentifiques cherchent à produire des couches lisses et régulières de perovskite avec de gros grains de cristal, afin d'accroître le rendement photovoltaïque.

Par exemple, ils mettent la cellule en rotation lorsque l'encre est encore humide. Le procédé étale l'encre et évacue une partie du liquide en excès, ce qui permet d'obtenir des films plus réguliers. La nouvelle technique de vide éclair utilisée par Michael Graetzel et son équipe permet aussi de retirer sélectivement les composant volatile du liquide excédentaire. En même temps, le choc du vide éclair crée des germes de formation du cristal, qui engendre des cristaux de perovskite très réguliers et brillants, de haute qualité électronique.

Liens utiles:

Pour une copie de la publication scientifique, merci de contacter: scipak@aaas.org.

Dossier de presse: http://bit.ly/2016Perovskite


Youtube: https://youtu.be/obMfeK1vxEI
doi: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aaf8060

Contact auprès des chercheurs:

Les auteurs sont actuellement en déplacement, merci de les contacter par courriel.

Michael Graetzel, Laboratory of Photonics and Interfaces
E: michael.graetzel@epfl.ch
T: +41 21 693 3112

Xiong Li, Laboratory of Photonics and Interfaces
E: xiong.li@epfl.ch
T: +41 21 693 6128

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