Des additifs de sel corrigent les défauts des cristaux de pérovskite dans les cellules solaires

Abaisser le point de fusion pour créer une grille uniforme

Les pérovskites sont des cristaux synthétiques constitués d'arrangements atomiques répétés qui absorbent la lumière et transfèrent des charges électriques, un domaine d'invention prometteur pour la technologie solaire. Lorsque des films minces de pérovskite se déposent sur une surface pendant la fabrication, des lacunes structurelles microscopiques apparaissent, piègent les charges et raccourcissent la durée de vie, comme le rapporte Interesting Engineering.

Pour contrer ce problème, l'équipe de recherche a introduit deux additifs chimiques spécifiques : le bromure de zinc et le chlorure de méthylammonium. Les sels agissent par un procédé eutectique volatil, abaissant le point de fusion des ingrédients de la pérovskite de la même manière que le sel de voirie fait fondre la glace. Sous l'effet de la chaleur, le mélange forme brièvement une bouillie liquide, laissant aux atomes le temps de s'organiser en une grille uniforme plutôt que de se figer en une formation désordonnée. À mesure que le traitement thermique se poursuit, les additifs de sel s'évaporent entièrement, laissant une couche cristalline pure.

« Les défauts sont le goulot d'étranglement des pérovskites depuis près d'une décennie. Si nous parvenons à éliminer les principaux défauts, nous pourrons enfin commencer à construire des dispositifs qui durent plus longtemps et fonctionnent de manière plus fiable. »

— Yanqi Luo, scientifique de ligne de faisceau au Argonne National Laboratory

Cartographier les réparations atomiques en temps réel

Suivre la restructuration des cristaux a nécessité des outils d'analyse à haute résolution au Advanced Photon Source et au Center for Nanoscale Materials du Argonne. À l'aide de sondes à rayons X de haute intensité, les scientifiques ont enregistré simultanément la composition chimique et le comportement optique, selon Interesting Engineering.

Les mesures ont confirmé que les atomes de zinc résiduels migrent vers les lignes de faille restantes pendant le chauffage, lissant les défauts avant que des pièges structurels ne puissent se former. La scientifique de ligne de faisceau Yanqi Luo et l'équipe ont vérifié que l'élimination de ces défauts supprime le principal obstacle de performance qui freine la commercialisation des pérovskites depuis environ une décennie, établissant une propriété intellectuelle précieuse pour les futurs systèmes énergétiques.

Des gains de performance mesurés sur les modules et les diodes

La méthode eutectique volatile a produit des gains mesurables sur plusieurs types de dispositifs testés en laboratoire. Les cellules solaires de petite surface ont atteint un rendement de conversion certifié de 25,9 pour cent, tandis que les minimodules de pérovskite plus grands ont atteint 23,9 pour cent, comme documenté par Interesting Engineering.

Outre la conservation de 85,8 pour cent du rendement initial après 1 400 heures à 85 degrés Celsius, le traitement des cristaux s'est révélé efficace dans d'autres matériels optoélectroniques. Les diodes électroluminescentes fabriquées selon ce procédé ont atteint un rendement quantique externe de 26,1 pour cent. Avec le Advanced Photon Source modernisé pour délivrer des faisceaux de rayons X jusqu'à 500 fois plus brillants, les chercheurs prévoient de passer d'instantanés statiques à des observations continues de la formation des cristaux sur de plus grandes surfaces industrielles, ouvrant la voie à un déploiement commercial à grande échelle et à une protection par brevet.

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