La recherche sur le pérovskite passe des additifs uniques à une chimie multifonctionnelle

Les zwitterions comme additifs multifonctionnels

Les zwitterions sont des molécules neutres qui portent une charge positive et une charge négative. Selon la revue, cette double charge ne se limite pas à passiver les défauts.

Une seule unité moléculaire peut assurer la passivation des défauts, la modulation de la cristallisation et l'ajustement des niveaux d'énergie aux interfaces. Les passivateurs classiques de type acide de Lewis ou base de Lewis et les additifs ioniques simples n'offrent pas cette combinaison, affirment les auteurs. Cela compte parce que les cellules en pérovskite perdent encore du rendement à cause des défauts et se dégradent sous l'effet de la chaleur et de l'humidité. Chaque additif doit donc améliorer à la fois la performance et la durabilité. Les rendements rapportés restent à l'échelle du laboratoire. Ni la durée de vie des modules commerciaux ni les rendements de fabrication n'apparaissent dans les résultats publiés.

Les zwitterions de type bétaïne sont les plus étudiés, indique la revue. Dans les pérovskites à l'étain, l'acide aminé L-asparagine a fait passer le rendement de la cellule de 10,54 % à 13,31 %.

L'acide formamidine sulfinique a permis d'atteindre 22,06 % dans un dispositif à large bande interdite. Les auteurs précisent que l'efficacité de ces mécanismes dépend de la structure moléculaire, de la manière dont le composé est incorporé et de sa position dans le dispositif. Les zwitterions de type liquide pourraient remédier à une faible solubilité, ajoutent-ils.

Automatisation et additifs salins ciblent la formation du film

À l'université d'Osaka, des chercheurs ont construit une plateforme automatisée qui observe la formation du film de pérovskite en temps réel. Elle mesure les changements de couleur à une échelle inférieure à la seconde et résout le mouvement et l'impact des gouttelettes d'antisolvant en quelques millisecondes. Asia Research News a rapporté le 2 novembre que le système, décrit dans ACS Nano, associe ces mesures à de l'apprentissage automatique. L'équipe a ensuite utilisé l'analyse pour guider la fabrication d'un dispositif à base de plomb qui a atteint 24,4 % de rendement de conversion.

« Nous voulons dépasser l'essai-erreur en mesurant ce qui arrive au film pendant qu'il se forme », a déclaré l'auteur principal Ryosuke Kado.

De leur côté, des chercheurs du laboratoire national d'Argonne ont utilisé deux sels, le bromure de zinc et le chlorure de méthylammonium, pour abaisser le point de fusion des précurseurs de pérovskite. Le film se liquéfie brièvement, puis les atomes s'installent dans une structure plus uniforme. Nanowerk a rapporté le 30 octobre que la méthode, publiée dans Science, a produit une cellule solaire à 26,5 % de rendement et une LED à 26,1 % de rendement quantique externe. « Les défauts sont le goulot d'étranglement des pérovskites depuis près de dix ans », a déclaré l'auteure de l'étude Yanqi Luo.

La stabilité passe par une étape d'élimination du lithium

La stabilité est l'autre moitié du problème. Des scientifiques de l'Institut coréen de recherche sur l'énergie ont utilisé de l'oxyde de nickel pour extraire les ions lithium de la couche de transport de trous, puis les ont retirés par filtration, a rapporté pv magazine le 27 octobre. La cellule championne a atteint 25,24 % de rendement et conservé plus de 90 % de son rendement initial après 500 heures de fonctionnement continu. Elle a retenu 95 % lors d'un test de chaleur humide à 85 C et 85 % d'humidité relative. Le procédé permet l'oxydation du spiro-OMeTAD en moins de cinq secondes sans l'additif tBP, et la conductivité de la couche de transport de trous a été multipliée par 2,5.

L'écart de rendement persiste

Tous les résultats ne se situent pas dans la même gamme. Un rapport de Bioengineer.org du 26 octobre décrit une cellule à l'iodure d'étain et de césium qui a atteint 10,76 % après une refonte guidée par un modèle, contre 8,98 % pour une version non optimisée. Les pérovskites à l'étain évitent le plomb mais s'oxydent à l'air, ce qui les a maintenues derrière leurs concurrentes à base de plomb.

Les dispositifs tandem tout-pérovskite sont plus avancés. Des dispositifs réels de cette classe ont atteint 30,1 %, contre un maximum théorique proche de 45 %, a rapporté Bioengineer.org le 30 octobre.

Une étude de simulation de l'université des sciences et technologies de Huazhong projette 31,13 % pour une cellule tandem à interfaces avant dentelées et enterrées, soit une hausse de 3,41 % par rapport à la référence plane, a rapporté Bioengineer.org le 30 octobre. Les simulations ne sont pas des dispositifs. L'écart entre les deux chiffres est là où se situe encore l'argument commercial.