Une étude décrit une nouvelle cellule solaire tandem tout pérovskite qui a le potentiel de fournir un moyen peu coûteux et plus efficace d'exploiter l'énergie du soleil pour générer de l'électricité
Notre dépendance à l'égard d'une source non renouvelable de énergie appelés combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole, le gaz a eu un impact négatif énorme sur l'humanité et l'environnement. La combustion de combustibles fossiles contribue à l'effet de serre et provoque le réchauffement climatique, détruit les habitats, provoque la pollution de l'air, de l'eau et des sols et affecte la santé publique. Il y a un besoin urgent de construire une technologie durable qui peut aider à power le monde en utilisant une énergie propre. Énergie solaire La technologie est l'une de ces méthodes qui a la capacité d'exploiter la lumière du soleil – la source d'énergie renouvelable la plus abondante – et de la convertir en énergie électrique ou en électricité. Les facteurs avantageux de l'énergie solaire en termes de bénéfices pour l'homme et l'environnement ont joué un rôle clé dans la promotion de l'utilisation de l'énergie solaire.
Le silicium est le matériau couramment utilisé pour fabriquer solaire cellules dans des panneaux solaires qui sont disponibles sur le marché aujourd'hui. Le processus photovoltaïque des cellules solaires peut transformer la lumière du soleil en électricité sans utilisation supplémentaire de combustible. La conception et l'efficacité des panneaux solaires en silicium se sont considérablement améliorées au fil des décennies en raison des progrès de la fabrication et de la technologie. L'efficacité photovoltaïque d'une cellule solaire est définie comme la partie de l'énergie qui est sous forme de lumière solaire et qui peut être convertie en électricité. L'efficacité photovoltaïque et les coûts globaux sont les deux principaux facteurs limitants des panneaux solaires aujourd'hui.
Outre les cellules solaires au silicium, des cellules solaires en tandem sont également disponibles dans lesquelles des cellules spécifiques sont utilisées et optimisées pour chaque section du spectre solaire, ce qui permet d'augmenter l'efficacité globale. Un matériau appelé pérovskites est considéré comme meilleur que le silicium pour absorber les photons bleus à haute énergie de la lumière du soleil, c'est-à-dire une autre partie du spectre solaire. Les pérovskites sont des matériaux polycristallins (généralement du trihalogénure de plomb méthylammonium (CH3NH3PbX3, où X est un atome d'iode, de brome ou de chlore). Les pérovskites sont faciles à transformer en couches absorbant la lumière du soleil. Des études antérieures ont combiné du silicium et des pérovskites dans des cellules solaires, c'est-à-dire des cellules de silicium sur top qui peut absorber les photons jaunes, rouges et proches infrarouges ainsi que les cellules pérovskites, doublant ainsi presque la production d'énergie.
Dans une nouvelle étude publiée dans Sciences le 3 mai, des chercheurs ont développé pour la première fois toutes les cellules solaires en tandem à pérovskites qui donnent un rendement allant jusqu'à 25 pour cent. Ce matériau est appelé film de pérovskite mixte plomb-étain à faible bande interdite ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA pour le formamidinium et MA pour le méthylammonium). L'étain a l'inconvénient de réagir avec l'oxygène de l'air en créant des défauts dans le réseau cristallin qui peuvent perturber le mouvement de la charge électrique dans la cellule solaire, limitant ainsi l'efficacité de la cellule. Les chercheurs ont trouvé un moyen d'empêcher l'étain dans la pérovskite de réagir avec l'oxygène. Ils ont utilisé un composé chimique appelé thiocyanate de guanidinium pour améliorer considérablement les propriétés structurelles et optoélectroniques des films de pérovskite à faible bande interdite mixte plomb-étain. Le composé thiocyanate de guanidinium recouvre les cristallites de pérovskite dans le film absorbant le soleil, empêchant ainsi l'oxygène de pénétrer à l'intérieur pour réagir avec l'étain. Cela améliore d'emblée l'efficacité de la cellule solaire de 18 à 20 pour cent. De plus, lorsque ce nouveau matériau a été combiné à une couche supérieure de pérovskite hautement absorbante utilisée de manière conventionnelle, l'efficacité a encore augmenté jusqu'à 25 %.
L'étude actuelle décrit pour la première fois la conception de cellules solaires en tandem utilisant tous les films minces de pérovskite et cette technologie pourrait un jour remplacer le silicium dans les cellules solaires. Le nouveau matériau est de haute qualité, peu coûteux et sa fabrication est plus simple tandis que son coût est faible par rapport aux cellules tandem au silicium et aux pérovskites. Les pérovskites sont des matériaux artificiels par rapport au silicium et les panneaux solaires à base de pérovskites sont flexibles, légers et semi-transparents. Bien que le matériau actuel mettra un certain temps à surpasser l'efficacité de la technologie silicium-pérovskite. Néanmoins, les films polycristallins à base de pérovskite ont le potentiel de concevoir des cellules solaires en tandem qui pourraient fournir une efficacité allant jusqu'à 30% tout en gardant d'autres facteurs sans entrave. Des études supplémentaires sont nécessaires pour rendre le matériau robuste, plus stable et également recyclable afin de réduire l'impact sur l'environnement. Le secteur de l'énergie solaire est l'un des plus dynamiques et l'objectif ultime est de découvrir une alternative prometteuse pour l'énergie propre.
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Sources)
Tong J. et al. 2019 Les durées de vie des porteurs > 1 s dans les pérovskites Sn-Pb permettent des cellules solaires tandem tout-pérovskite efficaces. Sciences, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
