Rendement record de 27,1 % pour une cellule solaire pérovskite
Des chercheurs de Singapour ont mis au point une nouvelle cellule solaire tandem à trois couches et à triple jonction qui offre un rendement record.
L’équipe de scientifiques de l’université nationale de Singapour (NUS) a mis au point une cellule tandem composée de deux couches de pérovskite superposées à une cellule solaire en silicium, avec un rendement de conversion de 27,1 % sur une surface d’absorption de l’énergie solaire de 1 cm2.
Il s’agit de la cellule solaire tandem à triple jonction la plus performante à ce jour, sur la voie d’un rendement théorique de conversion de 50 % pour les cellules à triple couche.
La cellule utilise un anion cyanate pour atteindre une tension plus élevée de 1,422 volt contre 1,357 volt pour les cellules solaires pérovskites conventionnelles, avec une réduction significative de la perte d’énergie.
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Les cellules solaires peuvent être fabriquées en plus de deux couches et assemblées pour former des cellules solaires à jonction multiple afin d’augmenter l’efficacité. Chaque couche est composée de différents matériaux photovoltaïques et absorbe l’énergie solaire dans une plage différente. Cependant, les technologies actuelles de cellules solaires multijonctions posent de nombreux problèmes, tels que la perte d’énergie qui entraîne une faible tension et l’instabilité du dispositif en cours de fonctionnement.
Pour surmonter ces difficultés, le professeur assistant Hou Yi a dirigé une équipe de scientifiques du College of Design and Engineering (CDE) de NUS et du Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS) pour démontrer, pour la première fois, l’intégration réussie du cyanate dans une cellule solaire en pérovskite afin de mettre au point la cellule à triple jonction.
« Remarquablement, après 15 ans de recherche continue dans le domaine des cellules solaires à base de pérovskite, ce travail constitue la première preuve expérimentale de l’inclusion de cyanate dans les pérovskites afin de renforcer la stabilité de leur structure et d’améliorer l’efficacité de la conversion d’énergie », a déclaré le professeur adjoint Hou.
Les interactions entre les composants de la structure de la pérovskite déterminent la gamme d’énergie qu’elle peut atteindre. L’ajustement de la proportion de ces composants ou la recherche d’un substitut direct peut contribuer à modifier la gamme d’énergie de la pérovskite. Cependant, les recherches antérieures n’ont pas encore abouti à une recette de pérovskite offrant une gamme d’énergie très large et un rendement élevé.
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L’équipe a expérimenté le cyanate, un nouveau pseudohalogénure, comme substitut du bromure, un ion du groupe des halogénures couramment utilisé dans les pérovskites. Une analyse plus poussée de la structure atomique de la nouvelle pérovskite a fourni – pour la première fois – la preuve expérimentale que l’incorporation du cyanate a contribué à stabiliser sa structure et à former des interactions clés au sein de la pérovskite, démontrant ainsi qu’il s’agit d’un substitut viable aux halogénures dans les cellules solaires à base de pérovskite.
Les chercheurs ont également testé la cellule en la faisant fonctionner en continu à sa puissance maximale pendant 300 heures dans des conditions contrôlées, car les pérovskites ont une durée de vie plus courte. Après la période d’essai, la cellule solaire est restée stable et a fonctionné à plus de 96 % de sa capacité.
Le cyanate a ensuite été utilisé dans une cellule solaire tandem pérovskite/Si à triple jonction. Les chercheurs ont empilé une cellule solaire en pérovskite sur une cellule solaire en silicium pour créer une demi-cellule à double jonction, fournissant une base pour la fixation de la cellule solaire en pérovskite intégrée au cyanate.
Un laboratoire d’étalonnage photovoltaïque indépendant et accrédité a certifié un rendement de 27,1 %, ce qui constitue un record mondial.
« Collectivement, ces avancées offrent des perspectives inédites en matière d’atténuation des pertes d’énergie dans les cellules solaires à pérovskite et ouvrent une nouvelle voie pour le développement de la technologie solaire à triple jonction basée sur la pérovskite », a déclaré le professeur adjoint Hou.
L’efficacité théorique des cellules solaires à triple jonction dépasse les 50 %, ce qui présente un potentiel important d’amélioration, en particulier dans les applications où l’espace d’installation est limité.
À l’avenir, l’équipe de NUS vise à étendre cette technologie à des modules plus grands sans compromettre l’efficacité et la stabilité. Les recherches futures se concentreront sur les innovations au niveau des interfaces et de la composition de la pérovskite – ce sont des domaines clés identifiés par l’équipe pour faire progresser cette technologie.
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