De nouvelles recherches collaboratives pourraient créer des applications d'énergie solaire plus accessibles et plus efficaces

Dec 02, 2023

Saviez-vous que l'énergie solaire devrait représenter plus de la moitié de la nouvelle capacité de production d'électricité en 2023 ? Au fur et à mesure que les technologies progressent et que des recherches approfondies sont exécutées, l'énergie solaire devient plus accessible à toutes les applications.

Dans de nouvelles recherches innovantes, l'éminent professeur Jinsong Huang du département des sciences physiques appliquées fait des progrès pour améliorer l'efficacité de l'énergie solaire.

Les cellules solaires à pérovskite sont récemment devenues l'une des voies les plus prometteuses pour l'avenir de l'énergie solaire. Ces cellules uniques ont une structure appelée broche, qui convertit la lumière du soleil en électricité utilisable en générant un courant électrique. Cependant, les matériaux utilisés pour l'interface avec la couche inférieure des cellules solaires peuvent réduire l'efficacité, la stabilité et les performances globales de la cellule solaire.

Jinsong Huang (debout); premier auteur, Chengbin Fei (assis)

Publiées dans Science, les recherches de Huang et de son équipe visent à remédier à ce problème. En guise de solution, l'équipe a ajouté des molécules appelées molécules de chélation du plomb (LCM) dans la couche de transport de trous (HTL) qui interagissent fortement avec le plomb dans les pérovskites. Selon Huang, cette interaction a amélioré les performances des cellules solaires en augmentant la stabilité tout en réduisant les défauts. Fait intéressant, il ajoute que les molécules de chélation du plomb sont également utilisées dans les médicaments pour traiter la toxicité sanguine, ce qui démontre un large avantage dans toutes les disciplines scientifiques.

L'équipe a ensuite travaillé à stabiliser l'interface entre les couches de HTL et de pérovskite. L'établissement de meilleures connexions dans cette interface signifie que les couches cellulaires sont moins susceptibles d'avoir des points faibles ou des défauts, de sorte que la cellule solaire peut fonctionner avec plus de stabilité. Surtout, cette amélioration permet à la cellule solaire de fonctionner plus efficacement, en convertissant plus de lumière solaire en électricité utilisable.

Plus précisément, l'équipe a fabriqué des "minimodules" de pérovskite pour examiner l'uniformité de la modification du HTL. Les minimodules avec une surface d'ouverture de 26,9 centimètres carrés ont un rendement de conversion de puissance de 21,8 % (stabilisé à 21,1 %) certifié par le NREL. Cela correspond à une efficacité minimale des petites cellules de 24,6 % (stabilisée à 24,1 %) sur toute la surface du module, démontrant une très bonne uniformité. Il est important de noter que l'appareil a réussi le test de chaleur humide, démontrant sa capacité à résister à des températures élevées et à l'humidité. Les cellules de petite surface et les minimodules de grande surface avec LCM dans le HTL avaient une stabilité à la lumière de 3010 et 2130 heures, respectivement, avec une perte d'efficacité de 10% par rapport à la valeur initiale sous un éclairage 1-Sun dans des conditions de tension en circuit ouvert.

Les recherches de Huang pourraient avoir un impact important sur les applications d'énergie durable et renouvelable, car les scientifiques cherchent continuellement à mieux répondre aux besoins énergétiques de notre monde. En comprenant mieux comment rendre les modules solaires à pérovskite plus efficaces, stables et rentables, les scientifiques pourraient être en mesure d'exploiter l'énergie solaire pour une mise en œuvre à plus grande échelle.