Des polymères ioniques boostent le photovoltaïque
Pour améliorer les performances des cellules photovoltaïques de nouvelle génération à base de pérovskite, des chercheurs du LCPO (CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP), de l’ISM (CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP) et de l’université de Tokyo (RCAST) ont remplacé un dopant à base de lithium par des polymères ioniques. Les cellules ainsi obtenues présentent des rendements supérieurs et une bonne stabilité. Publiés dans la revue ACS Applied Energy Materials, ces travaux ouvrent la voie à des cellules photovoltaïques plus fiables et performantes, avec des rendements supérieurs à 20 %.
Certaines cellules photovoltaïques parmi les plus performantes sont fabriquées à partir d’un absorbeur, de structure cristalline dite pérovskite. Ce matériau est placé entre deux couches, chacune responsable du transport des électrons et des trous. Ces derniers sont des manques d’électrons dans la matière conductrice. Comme dans un jeu de Taquin, ils se déplacent lorsqu’ils sont comblés par un électron qui, ce faisant, laisse un nouveau trou là où il était. Ensemble, ils permettent la conversion de l’énergie solaire et la collecte de l’électricité. La couche de transport de trous est généralement dopée aux sels de lithium, des ions métalliques qui sont cependant à l’origine de la dégradation dans le temps des performances de ces cellules photovoltaïques. Dans le cadre d’un laboratoire international associé (LIA NextPV), des chercheurs du Laboratoire de chimie des polymères organiques (LCPO, CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP), de l’Institut des sciences moléculaires (ISM, CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP) et de l’université de Tokyo (RCAST) ont remplacé le dopage aux sels de lithium par des polymères ioniques[1].
Ces matériaux, tels les poly(vinyl imidazolium)s, ont montré des performances supérieures au dopage par les sels de lithium, atteignant d’excellents rendements de conversion énergétique de plus de 20 %. Les couches de transporteurs de trous sont plus faciles à reproduire et leurs propriétés sont particulièrement stables. Les scientifiques se penchent à présent sur la théorie et les principes régissant ces performances, et travaillent à remplacer d’autres éléments de ces cellules solaires très prometteuses, afin de faciliter la fabrication de cellules photovoltaïques plus stables et efficaces.
Légende : du sel de poly(vinyl butyl imidazolium) (bis(trifluorométhylsulfonyl)imide) est utilisé dans la couche transportant les trous pour des cellules solaires à pérovskite. © ACS Appl. Energy Mater.
[1] Ces travaux s’articulent autour de la thèse de Camille Geffroy, qui a bénéficié d’un financement IdEx à l’Université de Bordeaux.
Référence
Camille Geffroy, Eftychia Grana, Takeru Bessho, Samy Almosni, Zeguo Tang, Anirudh Sharma, Takumi Kinoshita, Fumiyasu Awai, Eric Cloutet, Thierry Toupance, Hiroshi Segawa, Georges Hadziioannou. p-Doping of a Hole Transport Material via a Poly(ionic liquid) for over 20% Efficiency and Hysteresis-Free Perovskite Solar Cells. ACS Appl. Energy Mater. 2020.
https://doi.org/10.1021/acsaem.9b01819
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