Des chercheurs utilisent des pérovskites 2D pour révolutionner l’énergie solaire

Les pérovskites sont des composés avec un réseau cristallin cubique. Ils sont connus pour leur grande capacité à capter la lumière. En fait, leur potentiel photovoltaïque est connu depuis des années, car ils sont efficaces pour convertir la lumière solaire en énergie. Toutefois, cette même lumière ainsi que l’humidité dégradent les pérovskites. Par conséquent, les utiliser dans des conditions réelles n’est pas envisageable. 

Les ingénieurs de l'Université de Rice manipulent la pérovskite 2D.

Crédit : Jeff Fitlow/Rice University

Le laboratoire d’Aditya Mohite de l’Université de Rice a travaillé durant plusieurs années avec ces pérovskites. À cause de leur instabilité, les ingénieurs se sont tournés vers la pérovskite 2D et la pérovskite 3D. Cependant, ceux en 3D ont une certaine instabilité thermique et lumineuse. Quant à ceux en 2D, ils sont stables, mais peu efficaces

De ce fait, les chercheurs de Rice ont concentré leurs efforts sur les pérovskites 2D. Ils ont cherché une manière d’augmenter leur efficacité sans dégrader leur stabilité. Le 22 novembre 2021, ils ont publié leurs travaux sur Nature Nanotechnology

Un bond impressionnant de l’efficacité des pérovskites 2D

Les chercheurs de l’Université de Rice sont sur la bonne voie. Ils ont réussi à améliorer le rendement de la pérovskite 2D tout en préservant sa résistance face aux conditions extérieures. Durant leurs recherches, les ingénieurs ont découvert que la lumière du soleil réduit l’espace entre les atomes de certaines pérovskites 2D. 

La réduction de l’espace entre les atomes favorise la circulation des ions dans la cellule photovoltaïque. Cela se traduit par une augmentation de l’efficacité du matériau pour avoir un rendement d’environ 18 %. Si en apparence cela peut paraître peu, il s’agit en fait d’un progrès fulgurant dans le domaine. Après tout, les avancées y sont habituellement comptées en fractions de pour cent. 

« En dix ans, l’efficacité des pérovskites est passée d’environ 3 % à plus de 25 %. Les autres semi-conducteurs ont mis environ 60 ans pour y parvenir. C’est pourquoi nous sommes si enthousiastes. »
Aditya Mohite

Les pérovskites 2D pourraient débarquer dans le marché des panneaux solaires

Afin d’observer la contraction du matériau, les chercheurs ont utilisé un simulateur solaire. Une exposition de 10 min à l’intensité d’un soleil provoque une contraction de 0,4 % suivant la longueur et d’environ 1 % suivant la hauteur des couches atomiques. Par ailleurs, ils ont observé qu’une minute sous une intensité de cinq soleils produisait le même résultat. 

Comparés aux simples pérovskites, ceux en 2D sont plus résistants. Leur résistance à l’humidité vient notamment de leurs atomes organiques. En outre, les propriétés de leur réseau ont rendu le matériau moins sensible à la chaleur, même à 80°C.

L’équipe de l’Université de Rice compte encore améliorer les performances de la pérovskite 2D. Elle cherche à rendre intéressante sa commercialisation.