Un groupe de scientifiques américano-canadiens a utilisé des molécules de base de Lewis pour améliorer la passivation de surface dans une cellule solaire à pérovskite.L’équipe a produit un dispositif doté d’une tension en circuit ouvert élevée et de niveaux de stabilité remarquables.
Une équipe de recherche américano-canadienne a fabriqué une pérovskite inverséecellule photovoltaïqueen utilisant des molécules de base de Lewis pour la passivation de surface.Les bases de Lewis sont généralement utilisées dans la recherche solaire sur les pérovskites pour passiver les défauts de surface de la couche de pérovskite.Cela a des effets positifs sur l’alignement des niveaux d’énergie, la cinétique de recombinaison interfaciale, le comportement en hystérésis et la stabilité opérationnelle.
"La basicité de Lewis, qui est inversement proportionnelle à l'électronégativité, devrait déterminer l'énergie de liaison et la stabilisation des interfaces et des joints de grains", ont déclaré les scientifiques, notant que les molécules se sont révélées très efficaces pour créer une forte liaison entre les couches cellulaires à le niveau de l’interface."Une molécule de base de Lewis avec deux atomes donneurs d'électrons peut potentiellement lier et combler les interfaces et les limites de masse, offrant ainsi le potentiel d'améliorer l'adhésion et de renforcer la résistance mécanique des cellules solaires à pérovskite."
Les scientifiques ont utilisé une molécule de base de diphosphine de Lewis connue sous le nom de 1,3-bis (diphénylphosphino) propane (DPPP) pour passiver l'un des pérovskites halogénures les plus prometteurs - l'iodure de plomb formamidinium connu sous le nom de FAPbI3 - pour une utilisation dans la couche absorbante d'une cellule.
Ils ont déposé la couche de pérovskite sur une couche de transport de trous (HTL) dopée au DPPP en oxyde de nickel (II) (NiOx).Ils ont observé que certaines molécules de DPPP se dissolvaient et se séparaient à la fois à l’interface pérovskite/NiOx et dans les régions superficielles de la pérovskite, et que la cristallinité du film de pérovskite s’améliorait.Ils ont dit que cette étape amélioraitmécaniqueténacité de l'interface pérovskite/NiOx.
Les chercheurs ont construit la cellule avec un substrat en verre et en oxyde d'étain (FTO), le HTL à base de NiOx, une couche decarbazole méthyl-substitué(Me-4PACz) comme couche de transport de trous, la couche de pérovskite, une fine couche d'iodure de phénéthylammonium (PEAI), une couche de transport d'électrons constituée de buckminsterfullerène (C60), une couche tampon d'oxyde d'étain (IV) (SnO2), et un contact métallique en argent (Ag).
L'équipe a comparé les performances de la cellule solaire dopée au DPPP avec celles d'un appareil de référence qui n'a pas subi le traitement.La cellule dopée a atteint un rendement de conversion de puissance de 24,5 %, une tension en circuit ouvert de 1,16 V et un facteur de remplissage de 82 %.Le dispositif non dopé a atteint un rendement de 22,6 %, une tension en circuit ouvert de 1,11 V et un facteur de remplissage de 79 %.
"L'amélioration du facteur de remplissage et de la tension en circuit ouvert a confirmé la réduction de la densité de défauts à l'interface frontale NiOx/pérovskite après le traitement DPPP", ont déclaré les scientifiques.
Les chercheurs ont également construit une cellule dopée avec une surface active de 1,05 cm2 qui a permis une conversion de puissanceefficacité jusqu'à 23,9%et n'a montré aucune dégradation après 1 500 h.
"Avec le DPPP, dans des conditions ambiantes, c'est-à-dire sans chauffage supplémentaire, l'efficacité globale de conversion de puissance de la cellule est restée élevée pendant environ 3 500 heures", a déclaré le chercheur Chongwen Li."Les cellules solaires à pérovskite qui ont déjà été publiées dans la littérature ont tendance à constater une baisse significative de leur efficacité après 1 500 à 2 000 heures, il s'agit donc d'une grande amélioration."
Le groupe, qui a récemment déposé une demande de brevet pour la technique DPPP, a présenté la technologie cellulaire dans « Conception rationnelle des molécules de base de Lewis pourcellules solaires à pérovskite inversées stables et efficaces», récemment publié dans Science.L'équipe comprend des universitaires de l'Université de Toronto au Canada, ainsi que des scientifiques de l'Université de Toledo, de l'Université de Washington et de l'Université Northwestern aux États-Unis.
Heure de publication : 27 février 2023