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Une révolution dans l’industrie photovoltaïque

Les nanocristaux de pérovskite sont considérés comme l’un des matériaux les plus durables pour le développement de cellules solaires de nouvelle génération. Un projet financé par l’UE s’est concentré sur la synthèse de nanocristaux de pérovskite inorganiques stables à l’air en vue de leur application dans le domaine de l’énergie photovoltaïque de haute performance.

Énergie

Avec l’évolution des technologies photovoltaïques, des solutions plus durables voient le jour grâce à l’utilisation de nanomatériaux écologiques dans la construction de cellules solaires nanocristallines. Le nanocristal pérovskite d’halogénure métallique est particulièrement prometteur pour des matériaux photovoltaïques et photoluminescents performants grâce à ses excellentes propriétés optoélectroniques, comme un haut rendement quantique de photoluminescence supérieur à 90 %. Le projet FASTEST, financé par l’UE, a mis au point une méthode de synthèse de nanocristaux de pérovskite inorganique à phase stable, avec un rendement à haut débit basé sur un traitement à température ambiante. Cette méthode comprend notamment l’ingénierie des antisolvants pour la reprécipitation des nanocristaux. La fabrication de nanocristaux de pérovskite implique l’injection d’une solution de précurseur de pérovskite dans le mélange d’antisolvants, la purification de la solution de nanocristaux à l’aide de solvants de lavage, la collecte des nanocristaux au moyen d’une centrifugeuse et la formation d’une pérovskite par une technique de dépôt couche par couche. «Cette méthode vise à augmenter le rendement de réaction des nanocristaux de pérovskite dans la phase pérovskite souhaitée. Elle promet une production simple et fiable de nanocristaux de pérovskite dans des conditions ambiantes sans recourir au vide ni au contrôle de la température», explique Min Kim, coordinateur du projet. «Nous envisageons son application à d’autres types de nanocristaux de pérovskite avec d’autres combinaisons de métaux (par exemple, Ge, Sn, Bi et Ag) pour diverses applications optoélectroniques, telles que les diodes électroluminescentes, l’énergie photovoltaïque, les lasers et la détection des photons.»

Un aperçu du laboratoire

L’un des principaux défis de la production de nanocristaux de pérovskite a été la synthèse à haut débit de solutions nanocristallines monodispersées avec des propriétés optiques adaptées et la conversion de ces solutions en films nanocristallins de haute qualité. Lors de la première étape du projet, alors que Min Kim tentait de résoudre ce problème, un autre problème est apparu: le nanocristal synthétisé n’était pas assez stable pour la fabrication de dispositifs. Cela était dû au fait que l’antisolvant contenu dans le solvant de cristallisation peut également arracher certains ligands organiques qui sont censés être attachés à la surface de la pérovskite. «J’ai donc ajouté un solvant de coordination auxiliaire dans le mélange de solvants de cristallisation, qui s’est avéré plus efficace pour augmenter le rendement de la production. Le solvant de coordination est l’élément clé de ce travail, mais je ne peux pas révéler le nom du produit chimique car le document de brevet est encore en cours d’élaboration», admet Min Kim.

La pérovskite, une solution actuelle et de prochaine génération

Le principal avantage de la cellule solaire pérovskite est son faible coût de production par rapport aux autres types de technologies photovoltaïques. «J’espère que la fabrication des cellules solaires nanocristallines pérovskites gagnera en compatibilité avec la technique d’impression sur grande surface et que leur production pourra être aisément étendue, ce qui facilitera la commercialisation à grande échelle des cellules solaires à haut rendement», déclare Min Kim. Il poursuit néanmoins ses recherches dans ce domaine. Il recherche d’autres matériaux de pérovskite qui ne contiennent pas de métal de plomb car celui-ci, lorsqu’il fuit, est considéré comme un élément dangereux tant pour le corps humain que pour l’environnement. «Pour trouver une combinaison appropriée de matériaux en pérovskite, j’adopterai une stratégie de simulation informatique et utiliserai la technique de synthèse précédemment développée», explique le boursier.

Mots‑clés

FASTEST, pérovskite, nanocristal, photovoltaïque, cellules solaires, matériaux, optoélectronique, photoluminescence

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