Les cellules solaires hybrides à base de pérovskite à haute entropie atteignent un rendement de 25,7 %

Des chercheurs de l'Université du Zhejiang en Chine ont développé une pérovskite inversée. cellule solaire basé sur un matériau pérovskite hybride à haute entropie (HEHP). Cette nouvelle approche améliorerait la stabilité de l'appareil et présenterait une efficacité exceptionnelle.

"Nos travaux mettent en évidence le potentiel d'une structure de pérovskite hybride à haute entropie (HEHP) pour améliorer l'efficacité et la stabilité des cellules solaires à pérovskite", a déclaré Jingjing Xue, l'auteur correspondant de l'étude. "Cette structure comporte des composants organiques hautement désordonnés qui fournissent un gain d'entropie et présentent une meilleure stabilité thermique et une meilleure robustesse structurelle par rapport à leurs homologues ordonnés à un seul composant. La richesse chimique des composants organiques offre d'autres possibilités pour ajuster les propriétés des pérovskites et des matériaux associés."

Stabilité et efficacité améliorées

L'équipe de recherche a démontré que le nouveau matériau possède une structure pérovskite monophasée à plusieurs composants, offrant une plus grande stabilité de phase à haute température que les pérovskites classiques. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) a confirmé la coexistence de différents cations organiques dans le matériau proposé.

"Le monocristal HEHP présentait des pics caractéristiques de tous les cations organiques qui correspondaient bien à ceux d'un mélange équimolaire des cinq cations organiques", ont expliqué les scientifiques. "Ce monocristal peut être mieux décrit comme une structure hybride composée de structures inorganiques ordonnées et d'intercalaires organiques désordonnés."

Construction améliorée des appareils

Grâce à HEHP, les chercheurs ont créé un film de pérovskite présentant une excellente résistance à l'eau et à l'humidité. Ce film a ensuite été utilisé pour construire une cellule solaire à pérovskite avec une architecture conventionnelle, qui comprenait un substrat en oxyde d'étain et d'indium (ITO), une couche de transport d'électrons (ETL) d'oxyde d'étain (SnO2), l'absorbeur de pérovskite, un spiro-OMeTAD- une couche de transport de trous à base de trous et un contact en argent métallique (Ag). Les performances de cet appareil ont été comparées à un appareil de référence avec une couche de pérovskite similaire mais sans HEHP.

Mesures de performances supérieures

Testé dans des conditions d'éclairage standard, l'appareil basé sur HEHP a obtenu :

• Efficacité : 25,7 %
• Tension en circuit ouvert : 1,17 V
• Densité de courant de court-circuit : 25,8 mA/cm²
• Facteur de remplissage : 85,2 %

En comparaison, l'appareil de référence a réalisé :

• Efficacité : 23,2 %
• Tension en circuit ouvert : 1,13 V
• Densité de courant de court-circuit : 25,1 mA/cm²
• Facteur de remplissage : 81,7 %

La cellule à base de HEHP a conservé plus de 98 % de son état d'origine efficacité même après 1 000 heures.

"Nous attribuons l'amélioration de la tension en circuit ouvert et du facteur de remplissage à la réduction de la recombinaison non radiative et à l'amélioration de l'interface après l'incorporation de HEHP", ont expliqué les scientifiques. "La supériorité du HEHP sur les composants individuels dans la réduction des interférences électroniques pourrait être attribuée à la coexistence de plusieurs types de cations du site A qui peuvent interagir en synergie avec divers défauts."

Large applicabilité

L'équipe est convaincue que le nouveau matériau pérovskite peut être utilisé dans diverses compositions de pérovskite et architectures cellulaires. "Cela peut servir de stratégie universelle et tolérante aux défauts pour améliorer les performances des cellules solaires à pérovskite dans différents scénarios, ce qui est essentiel pour améliorer le rendement de production des dispositifs à pérovskite dans la future production industrielle de masse", a conclu l'équipe.

Les détails de ce nouveau concept de cellule sont rapportés dans l'étude « Perovskites hybrides à haute entropie avec des fragments organiques désordonnés pour les cellules solaires à perovskite », publiée dans Nature Photonics.