Rice Lab annonce des avancées significatives dans la stabilité des cellules solaires à base de pérovskite
par Clarence Oxford
Los Angeles, Californie (SPX), 18 juin 2024
L’énergie solaire connaît une croissance rapide en tant que technologie énergétique, reconnue pour sa rentabilité et son rôle dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Une étude de l’université Rice publiée dans la revue Science détaille une méthode de synthèse de l’iodure de plomb formamidinium (FAPbI3) en movies photovoltaïques stables et de haute qualité. L’efficacité de ces cellules solaires FAPbI3 a diminué de moins de 3 % après plus de 1 000 heures de fonctionnement à 85 degrés Celsius (185 degrés Fahrenheit).
« Nous pensons qu’il s’agit actuellement d’une technologie de pointe en termes de stabilité », a déclaré Aditya Mohite, ingénieur chez Rice. « Les cellules solaires à pérovskite ont le potentiel de révolutionner la manufacturing d’énergie, mais parvenir à une stabilité à lengthy terme constitue un défi de taille. »
Cette avancée représente une étape majeure vers la viabilité commerciale des systèmes photovoltaïques à base de pérovskites. Les chercheurs ont ajouté des pérovskites bidimensionnelles (2D) spécialement conçues à la answer précurseur de FAPbI3, qui ont servi de modèle pour améliorer la stabilité de la construction du réseau cristallin.
« Les cristaux de perovskite se brisent de deux manières : chimiquement, en détruisant les molécules qui composent le cristal, et structurellement, en réorganisant les molécules pour former un cristal différent », explique Isaac Metcalf, étudiant diplômé de Rice et auteur principal de l’étude. « Parmi les différents cristaux que nous utilisons dans les cellules solaires, les plus stables chimiquement sont également les moins stables structurellement et vice versa. FAPbI3 se situe à l’extrémité structurellement instable de ce spectre. »
Les chercheurs ont découvert que si les perovskites 2D sont plus stables, elles sont moins efficaces pour capter la lumière. En utilisant des perovskites 2D comme modèles, ils ont amélioré la stabilité et l’efficacité des movies FAPbI3. L’ajout de cristaux 2D bien assortis a facilité la formation de movies FAPbI3 de haute qualité, présentant moins de désordre interne et une meilleure réponse à l’éclairage.
L’étude a montré que les cellules solaires dotées de modèles 2D conservaient leur efficacité et leur durabilité de manière significativement meilleure que celles qui n’en avaient pas. Les couches d’encapsulation ont encore amélioré la stabilité de ces cellules solaires, prolongeant leur durée de vie opérationnelle à des échelles de temps pertinentes pour les functions commerciales.
« Les perovskites sont solubles en answer, donc vous pouvez prendre une encre d’un précurseur de perovskite et l’étaler sur un morceau de verre, puis le chauffer et vous obtenez la couche absorbante pour une cellule solaire », a déclaré Metcalf. « Comme vous n’avez pas besoin de températures très élevées (les movies de perovskite peuvent être traités à des températures inférieures à 150 degrés Celsius), cela signifie également en théorie que les panneaux solaires à base de perovskite peuvent être fabriqués sur des substrats en plastique ou même flexibles, ce qui pourrait encore réduire les coûts. »
Le silicium, le semi-conducteur le plus couramment utilisé dans les cellules photovoltaïques, nécessite des processus de fabrication plus gourmands en ressources que les pérovskites, dont l’efficacité a été améliorée de 3,9 % en 2009 à plus de 26 % actuellement.
« Il devrait être beaucoup moins cher et moins gourmand en énergie de fabriquer des panneaux solaires en pérovskite de haute qualité par rapport aux panneaux en silicium de haute qualité, automobile le traitement est beaucoup plus facile », a déclaré Metcalf.
« Nous devons de toute urgence faire évoluer notre système énergétique mondial vers une different sans émissions », a-t-il ajouté, faisant référence aux estimations de l’ONU qui soulignent l’significance de l’énergie solaire pour remplacer les combustibles fossiles.
Mohite a souligné que les progrès dans les applied sciences de l’énergie solaire sont essentiels pour atteindre l’objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre d’ici 2030 et empêcher une augmentation de 1,5 degré Celsius des températures mondiales, essentielle pour atteindre des émissions nettes de carbone nulles d’ici 2050.
« Si l’électricité solaire ne se développe pas, aucun des autres processus qui dépendent des électrons verts du réseau, comme les processus thermochimiques ou électrochimiques pour la fabrication de produits chimiques, ne se produira », a déclaré M. Mohite. « Le photovoltaïque est absolument essentiel. »
Mohite est titulaire du titre de professeur William M. Rice Trustee Professor à Rice, est professeur d’ingénierie chimique et biomoléculaire et dirige la Rice Engineering Initiative for Power Transition and Sustainability. Parmi les principaux auteurs de l’étude figurent également Siraj Sidhik, ancien doctorant de Rice.
« Je voudrais rendre hommage à Siraj, qui a lancé ce projet sur la base d’une idée théorique du professeur Jacky Even de l’université de Rennes », a déclaré Mohite. « Je voudrais également remercier nos collaborateurs des laboratoires nationaux et de plusieurs universités aux États-Unis et à l’étranger, dont l’aide a été déterminante pour ce travail. »
Rapport de recherche:Modèles de pérovskite bidimensionnels pour cellules solaires à pérovskite de formamidinium durables et efficaces
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