Des chercheurs de Hong Kong améliorent l’efficacité et la durabilité des cellules solaires
par Simon Mansfield
Sydney, Australie (SPX) 02 août 2024
Les applied sciences photovoltaïques (PV), qui convertissent la lumière en électricité, sont de plus en plus utilisées dans le monde entier pour produire de l’énergie renouvelable. Des chercheurs de l’Université des sciences et applied sciences de Hong Kong (HKUST) ont mis au level un traitement moléculaire qui améliore considérablement l’efficacité et la durabilité des cellules solaires à pérovskite, accélérant potentiellement la manufacturing à grande échelle de cette supply d’énergie propre.
L’équipe de recherche a identifié des paramètres critiques qui déterminent les performances et la durée de vie des pérovskites halogénées, un matériau photovoltaïque de nouvelle génération connu pour sa construction cristalline distinctive. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Science.
Sous la path du professeur adjoint LIN Yen-Hung du département de génie électronique et informatique et du laboratoire d’État des applied sciences avancées d’affichage et d’optoélectronique, l’équipe a exploré diverses méthodes de passivation. La passivation est un processus chimique qui réduit ou atténue les défauts des matériaux, améliorant ainsi les performances et la longévité des appareils. Ils se sont concentrés sur la famille moléculaire « amino-silane » pour la passivation des cellules solaires à pérovskite.
« La passivation sous de nombreuses formes a joué un rôle très essential dans l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires à pérovskite au cours de la dernière décennie. Cependant, les voies de passivation qui conduisent aux rendements les plus élevés n’améliorent souvent pas sensiblement la stabilité opérationnelle à lengthy terme », a expliqué le professeur Lin.
L’équipe a montré, pour la première fois, remark différents sorts d’amines (primaires, secondaires et tertiaires) et leurs combinaisons peuvent améliorer les surfaces des movies de perovskite où se forment de nombreux défauts. Ils ont utilisé à la fois des méthodes « ex-situ » (en dehors de l’environnement d’exploitation) et « in-situ » (dans l’environnement d’exploitation) pour observer les interactions des molécules avec les perovskites. Cela a conduit à l’identification de molécules qui augmentent considérablement le rendement quantique de photoluminescence (PLQY), indiquant moins de défauts et une meilleure qualité.
« Cette approche est cruciale pour le développement de cellules solaires en tandem, qui combinent plusieurs couches de matériaux photoactifs avec différentes bandes interdites. La conception maximise l’utilisation du spectre solaire en absorbant différentes events de la lumière du soleil dans chaque couche, ce qui conduit à une efficacité globale plus élevée », a expliqué le professeur Lin.
Dans leur démonstration de cellules solaires, l’équipe a fabriqué des dispositifs de taille moyenne (0,25 cm) et grande (1 cm). L’expérience a permis d’obtenir une faible perte de stress photovoltaïque sur une giant gamme de bandes interdites, tout en maintenant une stress de sortie élevée. Ces dispositifs ont atteint des tensions en circuit ouvert élevées au-delà de 90 % de la limite thermodynamique. L’analyse comparative avec environ 1 700 ensembles de données points de la littérature existante a montré que leurs résultats étaient parmi les meilleurs rapportés à ce jour en termes d’efficacité de conversion énergétique.
L’étude a également démontré une stabilité opérationnelle remarquable pour les cellules passivées amino-silane dans le cadre du protocole ISOS-L-3 (Worldwide Summit on Natural Photo voltaic Cells), une procédure de take a look at normalisée pour les cellules solaires. Environ 1 500 heures après le début du processus de vieillissement des cellules, l’efficacité du level de puissance maximale (MPP) et l’efficacité de conversion de puissance (PCE) sont restées élevées. Les meilleurs rendements MPP et PCE ont été enregistrés à 19,4 % et 20,1 % respectivement, parmi les mesures les plus élevées et les plus longues rapportées à ce jour.
Le professeur Lin a souligné que leur processus de traitement améliore l’efficacité et la durabilité des cellules solaires à pérovskite et est également suitable avec la manufacturing à l’échelle industrielle.
« Ce traitement est similaire au procédé d’amorçage HMDS (hexaméthyldisilazane) largement utilisé dans l’industrie des semi-conducteurs », a-t-il déclaré. « Cette similitude suggère que notre nouvelle méthode peut être facilement intégrée aux processus de fabrication existants, la rendant ainsi commercialement viable et prête pour une utility à grande échelle. »
L’équipe comprenait l’étudiant au doctorat en génie électronique et informatique CAO Xue-Li, le directeur principal du laboratoire d’État des applied sciences d’affichage et d’optoélectronique avancées Dr Fion YEUNG, ainsi que des collaborateurs de l’Université d’Oxford et de l’Université de Sheffield.
Rapport de recherche :La passivation universelle à bande interdite permet des cellules solaires à pérovskite stables avec une faible perte de stress photovoltaïque
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Université des sciences et applied sciences de Hong Kong
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