Les chercheurs de l'Université nationale de science et de technologies MISiS, en collaboration avec leurs confrères de l'Institut Froumkine de chimie physique et d'électrochimie affilié à l'Académie des sciences de Russie et de l'Université de Rome Tor Vergata (Italie), sont parvenus à atteindre une stabilité et une efficacité significatives des éléments en pérovskite - une base prometteuse pour les panneaux solaires - grâce à une couche d'iodure de cuivre. Leur étude a été publiée dans la revue Materials.
Les matériaux en pérovskite sont une jeune classe de semi-conducteurs pour l'électronique optique, considérés comme une alternative efficace au silicium dans la fabrication des panneaux solaires. Les chercheurs voulaient remédier à leur principale lacune, leur instabilité, et c'est la molécule méthylamine-plomb-iode (MAPbI₃) qui a joué un rôle central.
«La couche photoactive de la molécule MAPbI₃ se cristallise à la surface de la couche de transport, transférant les charges positives (en l'occurrence d'oxyde de nickel, NiO). Sous une lumière permanente, ce qui suscite un réchauffement des éléments pérovskites solaires avec une couche photoactive de MAPbI₃, sont émis de l'iode libre et de l'acide iodhydrique qui nuisent à l'interaction entre les couches de pérovskite et de NiO, créant une multitude de défauts et réduisant significativement la stabilité et la productivité du dispositif», explique Danila Saranine, chercheur du laboratoire d'énergie solaire perspective à l'université MISiS.
Pour y remédier, les chercheurs ont utilisé une couche supplémentaire d'iodure de cuivre - un semi-conducteur entre la pérovskite et la couche de transport de trous du NiO.
«Sous l'effet de la lumière, ce matériau n'affiche pas une dégradation aussi rapide, accompagnée d'une émission de composés d'iode, que le matériau en pérovskite utilisé. De plus, la p-couche supplémentaire a permis d'améliorer le recueil de charges positives et de réduire significativement la concentration de défauts sur la jonction entre les couches photoabsorbantes et de transport de trous», indique Danila Saranine.
Les scientifiques expliquent que l'idée de stabiliser la pérovskite de même architecture et composition de la couche photoactive grâce à une couche organique supplémentaire n'a rien de nouveau pour la science. Mais jusqu'ici les autres groupes de recherche faisaient appel à des matériaux coûteux et de synthèse complexe (dérivés de composés organométalliques de ferrocène, semi-conducteurs organiques à faible poids moléculaire).
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Les chercheurs de l'université MISiS, avec leurs collègues, ont été les premiers à tester l'iodure de cuivre - un métal organique plus accessible et simple d'utilisation. Le perfectionnement de la structure de la pérovskite, selon leurs observations, a amélioré sa stabilité de 40% en moyenne, et le coefficient d'efficacité a augmenté jusqu'à 15,2%.
Comme l'affirment ses créateurs, l'épaisseur du nouvel élément est inférieure à 1 micron - des dizaines de fois de moins que les panneaux solaires au silicium.
Par la suite, les chercheurs ont l'intention de créer une couche identique pour stabiliser le transfert de charges négatives, ainsi que mettre à l'échelle cette technologie pour lui faire atteindre les dimensions d'un module de large format.