La stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite a considérablement augmenté.

Les cellules solaires à pérovskite sont peu coûteuses à fabriquer et offrent une puissance élevée par unité de surface. Cependant, leur stabilité restait insuffisante pour une utilisation à long terme. Une équipe internationale, dirigée par le professeur Antonio Abate, a considérablement amélioré cette stabilité grâce à l'application d'un nouveau revêtement à l'interface entre la couche de pérovskite et le contact supérieur. Ce procédé a permis d'atteindre un rendement de près de 27 %, ce qui correspond aux performances les plus récentes. Ce rendement élevé a été maintenu même après 1 200 heures de fonctionnement continu. Des équipes de recherche de Chine, d'Italie, de Suisse et d'Allemagne ont participé à cette étude, publiée dans la revue Nature Photonics.

« Nous avons utilisé un composé fluoré qui s'insère entre la couche de pérovskite et la couche de contact de fullerènes ( _C60 ), formant ainsi un film quasi monomoléculaire », explique Abate. Ces molécules, semblables au téflon, isolent chimiquement la couche de pérovskite de la couche de contact, réduisant ainsi les défauts et les pertes. De plus, la couche intermédiaire accroît la stabilité structurelle des deux couches, et plus particulièrement de la couche de C60. Celle-ci devient ainsi plus uniforme et compacte. « C'est un peu comme l'effet téflon », précise Abate. « La couche intermédiaire forme une barrière chimique qui empêche les défauts tout en permettant le transport des charges. »

Une grande partie des recherches expérimentales a été menée par Guixiang Li, premier auteur de l'étude, alors qu'il était doctorant au sein de l'équipe d'Abate. Guixiang Li est aujourd'hui professeur à l'Université du Sud-Est de Nankin, en Chine, et poursuit cette collaboration. Des équipes de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et de l'Imperial College London ont également participé à l'étude.

Grâce à cette approche, les cellules solaires pérovskites atteignent un rendement de 27 % en laboratoire, légèrement supérieur aux 26 % obtenus sans couche intermédiaire. Le gain de stabilité est considérable : même après 1 200 heures d’ensoleillement continu par un ensoleillement standard, ce rendement élevé reste inchangé. « 1 200 heures correspondent à une année d’exposition en extérieur », souligne Abate. Dans la cellule témoin sans couche de téflon, le rendement a chuté de 20 % après seulement 300 heures. Ce revêtement confère également à la cellule solaire une stabilité thermique exceptionnelle après un vieillissement de 1 800 heures à 85 °C et 200 cycles de tests entre -40 °C et +85 °C. Les cellules solaires pérovskites présentées ici possèdent une structure inversée (en forme de broche), particulièrement adaptée aux cellules tandem, par exemple en combinaison avec des cellules en silicium.

« L’idée d’utiliser des molécules de type téflon pour former une couche intermédiaire me fascine depuis mon postdoctorat au sein du laboratoire d’Henry Snaith, pionnier dans le domaine des matériaux pérovskites. À l’époque, en 2014, le rendement n’était que de 15 % et chutait considérablement en quelques heures. Nous avons réalisé d’énormes progrès », explique Abate. Ces résultats ouvrent la voie à la prochaine génération de dispositifs optoélectroniques à base de pérovskite, à la fois très performants et très stables.