Nouvelle technique de production photovoltaïque

Publié le 21/02/2018

Nouvelle technique de production photovoltaïque

Les cellules solaires à pérovskite sont peu coûteuses à produire et leur fabrication est simple. L'amélioration de leur efficacité, comme vient juste de le faire un projet soutenu par l'UE, en fait une source d'énergie alternative plus convaincante que jamais.

La couche active de collecte de lumière d'une cellule solaire à pérovskite est constituée d'un composé à structure pérovskite, le plus souvent un matériau hybride organique-inorganique à base de plomb ou d'halogénure d'étain. Les matériaux à structure pérovskite, comme les halogénures de méthylammonium et de plomb, sont peu coûteux à produire et leur fabrication est relativement simple. On considère que ces matériaux faciles à synthétiser représentent l'avenir des cellules solaires, car leur structure distinctive facilite la production de dispositifs photovoltaïques peu coûteux et efficaces.

La stabilité et l'efficacité sont deux paramètres importants pour les applications commerciales de cellules solaires à pérovskite. Le projet GOTSOLAR, financé par l'UE, a réuni des chimistes et des techniciens de Suisse et de Pologne qui sont parvenus à faire la démonstration d'une cellule présentant nettement moins de défauts structurels. L'équipe explique avoir constaté l'amélioration inattendue des performances photovoltaïques lorsque des pérovkites produites par mécanochimie ont été utilisées pour la fabrication d'une cellule photovoltaïque typique. Plutôt que produire les pérovskites avec des méthodes traditionnelles à base de solution, l'équipe les a produites par broyage.

La recherche est à la pointe de la mécanochimie, un domaine scientifique en plein essor relatif aux réactions chimiques se produisant directement entre des composés en phase solide sous l'effet d'une force mécanique.

Comme ils l'expliquent dans leur dernier communiqué de presse, les pérovskites sont un important groupe de matériaux de formule chimique générale ABX3 et caractérisés par une structure cristalline cubique. Les atomes de A sont situés au centre du cube, il y a un atome de X au milieu de chaque arête et les coins sont occupés par les atomes de l'élément B. Le nom de ce groupe de matériaux est dérivé d'un minéral rencontré dans la nature, le titanate de calcium CaTiO3, nommé en l'honneur du géologue russe Leo Perovski.

«Avec le temps, il est devenu évident que les propriétés physicochimiques de ce matériau peuvent être améliorées en remplaçant le calcium, le titane et l'oxygène par d'autres éléments. Actuellement, le composé le plus couramment étudié du groupe des pérovskites est (CH3NH3)PbI3. Dans ce matériau, les ions calcium, titane et oxygène sont respectivement remplacés par le méthylammonium (en position A), le plomb (en position B) et l'iodure (en position X).»

Le projet a été le premier à montrer que ce composé peut être produit grâce à des réactions mécanochimiques de pérovskites mixtes, dans lesquelles différents types d'ions alternent en position A. Il s'agit d'une avancée importante car, en modifiant soigneusement la composition chimique des matériaux pérovskites, on peut les adapter à des applications spécifiques pour le photovoltaïque, la catalyse et d'autres domaines de la science et de la technologie.

La quantité de charge électrique accumulée aux limites des couches de cellules individuelles est l'une des caractéristiques déterminantes de leur qualité. Si elle est trop élevée, la cellule se dégradera plus rapidement. Le projet vient d'annoncer que les pérovskites obtenues par mécanochimie formaient une couche très homogène, réduisant les défauts de la structure qui altèrent le fonctionnement de la cellule. Il en résulte une diminution de la quantité de charge déposée à la surface.

Non seulement le revêtement était très homogène, mais il était aussi extrêmement fin: l'équipe a montré que ses cellules peuvent fonctionner efficacement avec une couche ne faisant que ~300 nanomètres. GOTSOLAR souligne qu'une couverture aussi fine réduira le coût unitaire de production des cellules. Grâce à leur nouveau procédé, les cellules deviennent plus stables et leur production est potentiellement moins coûteuse, tout en conservant des niveaux élevés d'efficacité.

Le projet GOTSOLAR (New technological advances for the third generation of Solar cells) propose des approches révolutionnaires pour le développement de cellules solaires à pérovskite hautement efficaces, durables et écologiques.

Source : service communautaire d'information sur la recherche et le développement - Cordis

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