Le HTL sans dopant permet une efficacité de 25,9 % dans les cellules solaires à pérovskite 2D/3D

Une équipe internationale dirigée par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) a réalisé une avancée majeure dans le développement de cellules solaires à pérovskite 2D/3D, atteignant à la fois une efficacité record et une stabilité à long terme. Publié dansSciences, l'étude intitulée « Formation spontanée de phases pérovskites bidimensionnelles robustes » introduit une nouvelle couche de transport de trous sans dopant (HTL) qui améliore la fiabilité de la structure du dispositif n-i-p.

Une couche intermédiaire 2D durable pour la stabilité de la pérovskite

Traditionnellement, les pérovskites 2D servent de couches barrières pour protéger leurs homologues 3D, mais leur fragilité compromet souvent la durabilité globale de la cellule. L'auteur principal, Shaun Tan, explique que l'équipe a utilisé une méthode à solvants mixtes pour développer une couche intermédiaire 2D structurellement robuste. Cette technique de traitement en solution a permis la formation de pérovskites 2D hautement cristallines et pures, essentielles aux performances à long terme des structures pérovskites hybrides.

Élimination des déclencheurs de dégradation

Les chercheurs ont éliminé les problèmes de dégradation courants en évitant les dopants instables dans le HTL. Au lieu d'additifs traditionnels comme le tBP et le LiTFSI, ils ont utilisé du spiro-OMeTAD non dopé. Ce HTL sans dopant améliore la stabilité thermique tout en préservant l'efficacité du dispositif. La pile de composants comprend :

• Oxyde d'étain dopé au fluor (FTO)

• SnO₂ déposé par bain chimique (CBD-SnO₂)

• Pérovskite FAPbI₃ 3D enrichie en MACl, MAPbBr₃ et en excès de PbI₂

• Une couche intermédiaire de pérovskite 2D pure

• Spiro-MeOTAD

• Électrode supérieure en or (Au)

Cette cellule solaire de nouvelle génération a démontré une efficacité de conversion de puissance (PCE) de 25,9 %, rivalisant avec les conceptions à broches inversées les plus performantes.

Les tests à long terme valident la stabilité

Au-delà des performances brutes, les dispositifs ont résisté à 1 074 heures d'éclairage continu dans des conditions de 1 soleil AM 1,5G avec exposition aux UV dans un environnement azoté, conservant 91 % de leur efficacité initiale. Il s'agit d'une étape cruciale pour la stabilité des panneaux photovoltaïques à pérovskites, notamment pour les applications commerciales exigeant une longue durée de vie.

Applications concrètes à l'horizon

Tan a souligné les implications plus larges de l'étude : « Les possibilités combinatoires pour les compositions 2D et les mélanges de solvants sont quasi infinies. Cette méthode pourrait repousser les limites de l'efficacité et de la stabilité des cellules solaires à pérovskite. »

Un effort de collaboration mondial

Cette recherche reflète une collaboration mondiale entre le MIT, l'Université Sungkyunkwan (Corée du Sud), l'Université de Marmara (Turquie), le Laboratoire national Lawrence Berkeley et le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du Département de l'énergie des États-Unis.