Les cellules photovoltaïques à pérovskites  ( PSC) constituées de matériaux peu coûteux, très efficaces, capables de dépasser les cellules photovoltaïques en silicium peuvent révolutionner les énergies renouvelables. Mais leur manque de stabilité opérationnelle freine leur utilisation. Des scientifiques de l’EPFL et de l’Université Sungkyunkwan de Corée du Sud ont trouvé un moyen d’améliorer la stabilité des PSC.

L’étude publiée dans la revue Science a été réalisée par les équipes des professeurs Michael Grätzel (EPFL) et Nam-Gyu Park (Université Sungkyunkwan). Ces chercheuses et chercheurs se sont penchés sur la dégradation des films minces de pérovskite, qui peuvent être endommagés par l’exposition à l’humidité, à la chaleur et à la lumière.

Les scientifiques ont étudié deux facettes spécifiques du cristal, terme qui désigne la surface plane du cristal, caractérisée par une disposition particulière des atomes. Cette disposition peut modifier les propriétés et le comportement du cristal, comme sa stabilité et sa réponse aux stimuli externes tels que l’humidité ou la chaleur.

Les chercheuses et chercheurs ont examiné les facettes (100) et (111) des cristaux de pérovskite. La facette (100) est un plan perpendiculaire à l’axe C d’un cristal dont les atomes sont disposés selon un motif répétitif en forme de grille carrée. Dans la facette (111), les atomes sont disposés selon une grille triangulaire.

L’étude a révélé que la facette (100), que l’on trouve le plus souvent dans les films minces de pérovskite, est particulièrement sujette à la dégradation : elle peut rapidement passer à une phase instable et inactive en cas d’exposition à l’humidité. En revanche, la facette (111) s’est révélée beaucoup plus stable et résistante à la dégradation.

Les chercheuses et chercheurs ont compris la cause de cette dégradation : elle était due à une liaison forte entre la pérovskite et les molécules d’eau, qui provoque le passage de la phase stable à la phase instable. Ces informations ont permis la mise au point  d’une «ingénierie des facettes», dans laquelle ils ont utilisé des molécules ligand spéciales pour faire croître la facette (111) plus stable. Cela a permis de produire des films de pérovskite exceptionnellement stables et résistants à l’humidité et à la chaleur.

Cette étude représente une avancée importante dans le développement des PSC . En identifiant les facettes les plus stables et en trouvant des moyens de favoriser leur développement, il sera possible d’améliorer la stabilité globale des PSC et d’accélérer leur commercialisation en tant que source d’énergie renouvelable fiable et rentable.

Financement

Fondation nationale pour la recherche de Corée du Sud (NRF)

Günes Corporation

Centre de financement Samsung Research de Samsung Electronics

RéférencesChunqing Ma, Felix T. Eickemeyer, Sun-Ho Lee, Dong-Ho Kang, Seok Joon Kwon, Michael Grätzel, Nam-Gyu Park. Unveiling facet-dependent degradation and facet engineering for stable perovskite solar cells. Science 13 janvier 2023. DOI: 10.1126/science.adf3349