NUST MISIS : Un nouveau modificateur augmente l'efficacité des cellules photovoltaïques à pérovskites

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MOSCOU, 28 janvier 2021 /PRNewswire/ -- L'équipe de recherche de NUST MISIS a présenté une structure améliorée de cellules photovoltaïques à pérovskites. Les scientifiques ont modifié les cellules photovoltaïques à base de pérovskites en utilisant des MXenes, de minces carbures de titane bidimensionnels à haute conductivité électrique. Les cellules modifiées à base de MXenes ont montré des performances supérieures, avec un rendement de conversion de puissance supérieur à 19 % (la référence a démontré 17 %) et une puissance stabilisée améliorée par rapport aux dispositifs de référence. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique internationale de nano énergie.

Les cellules photovoltaïques à pérovskites sont une technologie énergétique alternative prometteuse étudiée dans le monde entier. Elles peuvent être imprimées grâce à des imprimantes spéciales à jet d'encre ou des imprimantes matricielles avec une quantité minimale de procédés sous vide. Cela permet de réduire le coût de l'appareil par rapport à la technologie traditionnelle des cellules photovoltaïques en silicium.

Leurs autres avantages sont la flexibilité (la cellule photovoltaïque peut être fabriquée sur des substrats en PET, un matériau courant pour les bouteilles en plastique) et la compacité. Les cellules photovoltaïques à pérovskites peuvent être montées sur les murs des bâtiments et sur les surfaces courbes des toits panoramiques des automobiles, recevant ainsi une alimentation électrique indépendante.

Le module à pérovskites a une structure en sandwich : il y a un processus de collecte des électrons entre les couches. Ainsi, l'énergie de la lumière du soleil est convertie en énergie électrique. Les couches sont très fines, de 10 à 50 nanomètres, et le « sandwich » lui-même est plus fin qu'un cheveu humain. La collecte des porteurs de charge dans les cellules photovoltaïques doit se faire avec des pertes minimales pendant le transport des électrons. La réduction de ces pertes dans l'appareil augmentera la puissance de la cellule.

Un groupe scientifique de physiciens de NUST MISIS et de l'université de Tor Vergata (Rome, Italie) a montré expérimentalement que l'ajout d'une petite quantité de MXenes à base de carbure de titane aux couches de pérovskites absorbant la lumière améliore le processus de transport électronique et optimise les performances des cellules photovoltaïques. Le nom : MXenes vient du processus de synthèse. Le matériau est fabriqué par gravure et exfoliation de carbures métalliques atomiquement fins prérevêtus d'aluminium (phases MAX, carbures et nitrures hexagonaux stratifiés).

« L'utilisation de matériaux bidimensionnels comme les MXenes pour régler les propriétés des cellules photovoltaïques s'est révélée universelle et pourrait être appliquée à différentes architectures de cellules photovoltaïques à pérovskites. Un nouveau développement sera effectué pour transférer les connaissances acquises vers des prototypes de pérovskites à grande échelle tels que des modules, des dispositifs BIPV ainsi que des collecteurs d'énergie pour la lumière intérieure », a déclaré Aldo Di Carlo, professeur à l'université Tor Vergata, à Rome, et chef d'équipe du Centre pour l'énergie solaire hybride et organique (CHOSE), professeur à NUST MISIS.

Les cellules photovoltaïques développées avec la nouvelle approche ont montré des caractéristiques améliorées avec un rendement de conversion de puissance supérieur à 19 %. Cela représente 2 % de plus par rapport aux appareils de référence.

L'approche proposée par les développeurs peut être facilement adaptée au format des modules et des panneaux de grande surface. Le dopage aux MXenes ne modifie pas la séquence de fabrication et s'intègre uniquement à l'étape initiale de préparation de l'encre sans modification de l'architecture du dispositif.

https://en.misis.ru/university/news/science/2021-01/7202/ 

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