Une monocouche auto-assemblée peut également améliorer les cellules solaires en pérovskite sans plomb
La conception de molécules ciblées a mené au succès
Les cellules solaires à pérovskite d'étain sont non seulement non toxiques, mais aussi potentiellement plus stables que les cellules solaires à pérovskite contenant du plomb. Cependant, elles sont aussi nettement moins efficaces. Une équipe internationale est parvenue à réduire les pertes dans la couche de contact inférieure des cellules solaires à pérovskite d'étain : Les scientifiques ont identifié des composés chimiques qui s'auto-assemblent en une couche moléculaire qui correspond parfaitement à la structure du réseau des pérovskites d'étain. Sur cette monocouche, il est possible de faire croître une pérovskite d'étain présentant d'excellentes qualités optoélectroniques, ce qui augmente les performances de la cellule solaire.
Une monocouche de phénothiazine auto-assemblée permet la formation de films de pérovskite de bonne qualité optoélectronique et minimise les pertes par recombinaison.
© 10.1002/aenm.202500841
Les semi-conducteurs pérovskites constituent un nouveau matériau intéressant pour les cellules solaires. Ils sont extrêmement fins et flexibles, faciles et peu coûteux à fabriquer et très efficaces. Cependant, deux obstacles doivent être surmontés avant que les cellules solaires à pérovskite puissent être commercialisées à grande échelle : premièrement, elles ne sont pas encore stables sur plusieurs décennies et, deuxièmement, les matériaux pérovskites les plus performants contiennent du plomb. Les cellules solaires en pérovskite d'étain, qui sont potentiellement plus stables que leurs homologues contenant du plomb, constituent une alternative intéressante et non toxique étudiée à HZB. Grâce à leurs propriétés électro-optiques spéciales, elles conviennent particulièrement bien aux cellules solaires tandem et triples. Néanmoins, les cellules solaires à pérovskite d'étain sont encore loin d'atteindre les rendements élevés des pérovskites à base de plomb.
Les SAM dans les pérovskites d'étain
Dans les cellules solaires actuelles à pérovskite d'étain, la couche de contact la plus basse est produite à l'aide de PEDOT:PSS. Ce processus est non seulement lourd, mais il entraîne également des pertes. Cependant, dans les pérovskites au plomb, la couche de PEDOT:PSS peut être remplacée par une solution plus élégante : les monocouches auto-organisées (SAM), qui ont même permis d'atteindre de nouveaux records d'efficacité.
Jusqu'à présent, les expériences avec les SAM basées sur le composé MeO-2PACz dans les pérovskites d'étain ont donné des résultats moins bons qu'avec le PEDOT:PSS. Néanmoins, le chercheur principal, le Dr Artem Musiienko, était convaincu que les SAM pouvaient également offrir des avantages dans les pérovskites à base d'étain.
Avec ses partenaires, ils ont analysé les problèmes potentiels liés à l'utilisation de MeO-2PACz comme couche de contact pour la pérovskite d'étain. Les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité ont révélé que l'interface résultante ne s'alignait pas bien avec le réseau de pérovskite adjacent, ce qui entraînait des pertes substantielles.
La phénothiazine : un meilleur ajustement
L'équipe a donc cherché d'autres molécules de monocouche auto-assemblée (SAM) qui permettraient un meilleur ajustement. Ils ont découvert la phénothiazine, un groupe fonctionnel contenant du soufre, abrégé en Th-2EPT. Le Dr Tadas Malinauskas et Mantas Marčinskas de l'université technologique de Kaunas en Lituanie ont synthétisé le nouveau composé. Comparé au PEDOT, le Th-2EPT permet la formation de films de pérovskite d'une cristallinité comparable, mais avec des grains plus petits. Les cellules solaires à pérovskite d'étain dotées d'une SAM composée de Th-2EPT sont plus performantes que les cellules de contrôle fabriquées avec du PEDOT ou du MeO-2PACz. Le Th-2EPT produit une interface exceptionnellement bonne qui minimise les pertes par recombinaison.
Nous avons démontré que les performances des cellules photovoltaïques en pérovskite d'étain peuvent être considérablement améliorées grâce à une conception moléculaire ciblée et rationnelle", déclare Artem Musiienko. Les nouvelles cellules solaires en pérovskite d'étain avec Th-2EPT atteignent un rendement de 8,2 %. Ces résultats ouvrent la voie à d'autres améliorations des interfaces de pérovskite d'étain, ouvrant ainsi la voie au développement de cellules solaires tandem en pérovskite d'étain pure. Nous prouvons que les performances supérieures sont dues à l'excellente qualité optoélectronique de la pérovskite cultivée sur la nouvelle SAM", déclare Valerio Stacchini, l'un des premiers auteurs de l'article.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Valerio Stacchini, Madineh Rastgoo, Mantas Marčinskas, Chiara Frasca, Kazuki Morita, Lennart Frohloff, Antonella Treglia, Thomas W. Gries, Orestis Karalis, Vytautas Getautis, Florian Ruske, Annamaria Petrozza, Norbert Koch, Hannes Hempel, Tadas Malinauskas, Antonio Abate, Artem Musiienko; "Phenothiazine‐Based Self‐Assembled Monolayer with Thiophene Head Groups Minimizes Buried Interface Losses in Tin Perovskite Solar Cells"; Advanced Energy Materials, Volume 15, 2025-6-29
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