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Posté par Redbran le Vendredi 19/01/2018 à 12:00
Des cellules solaires pérovskites plus stables avec moins de plomb
Les équipes de MOLTECH-Anjou (CNRS/Université d’Angers), de l’IRCP (CNRS/Chimie-Paristech), de l’IMMM (CNRS/Le Mans Université) et de l’IMN (CNRS/Université de Nantes) ont découvert et étudié une nouvelle famille de pérovskites hybrides. Ces composés permettront de produire des cellules solaires plus stables à l‘humidité et avec moins d’éléments toxiques que les précédentes technologies. Ces travaux ont été publiés dans Angewandte Chemie International Edition.


© Nicolas Mercier
Structure d’une pérovskite hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres...) de la famille d-MAPI

L’énergie photovoltaïque, renouvelable, est un enjeu mondial. Ces six dernières années, une nouvelle technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) a émergé: les cellules solaires de type pérovskite (PSCs, perovskite solar cells) qui combinent les avantages de la technologie silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) (rendement de photoconversion PCE > 20 %) et ceux des cellules solaires organiques OSCs (procédé de fabrication peu couteux à température ambiante à partir de solutions).

Le matériau de référence est le MAPI (1) ou des dérivés, mais il présente deux inconvénients principaux: une instabilité à l’air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de...), principalement à l’humidité, et la présence de l’élément plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole...) toxique. L’utilisation de pérovskites hybrides à réseau inorganique bidimensionnel (2D) a conduit à une amélioration significative de la tenue à l’humidité, au prix d’un PCE faible (< 12 %). Les équipes du laboratoire MOLTECH-Anjou (CNRS/Université d’Angers), de l’Institut de Recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie-Paristech), de l’Institut des Molécules et Matériaux du Mans (CNRS/Le Mans Université) et de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes (CNRS/Université de Nantes) ont découvert et étudié une nouvelle famille de pérovskites hybrides appelée d-MAPI. La structure de ces composés (2) résulte de la substitution d’entités (PbI)+, composées d’un ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec...) plomb et d’un ion iode (L'iode est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole I et de numéro atomique 53.), par des cations organiques. Cette structure en fait un intermédiaire entre les deux grandes familles des pérovskites hybrides 2D et 3D. Contenant moins de plomb, les cellules solaires à base de d-MAPI sont aussi plus stables à l‘humidité que le composé de référence MAPI (17 h de stabilité à l’air ambiant contre 1 h, dans les conditions d’étude), ce qui rend leur utilisation plus simple. Cette découverte ouvre des perspectives considérables dans la conception de nouveaux matériaux pour cellules solaires, photodétecteurs ou diodes électroluminescentes, grâce à la grande flexibilité de composition de ces nouvelles pérovskites (3).

Note:
(1) de formule MAPbI3 où MA+ est le methylammonium
(2) de formule (MA, HEA)1+xPb1-xI3-x où HEA+ est l’hydroxyethylammonium
(3) avec des substitutions potentielles sur le site de Pb, I, MA+ mais aussi sur le site HEA+


Référence publication:
Antonin Leblanc, Nicolas Mercier, Magali Allain, Jens Dittmer, Vincent Fernandez, Thierry Pauporté
Lead and iodide deficient (CH3NH3)PbI3, d-MAPI: the bridge (The Bridge (Le Pont) est un film documentaire réalisé par Eric Steel qui raconte comment quelques personnes se sont suicidées en se jetant du Golden Gate Bridge de San Francisco en 2004. Le...) between 2D and 3D hybrid perovskites
Angewandte Chemie International Edition - Novembre 2017
DOI: 10.1002/anie.201710021
Nicolas Mercier, Thierry Pauporté, Antonin Leblanc
Pérovskites hybrides organique-inorganiques
Brevet n° FR 17 56883 (2017)

Contact chercheur:
- Nicolas Mercier, MOLTECH ANJOU UMR 6200, Université d’Angers
- Thierry Pauporté, IRCP UMR 8247 Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle...) ParisTech, PSL Research University

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Source: CNRS-INC