Des polymères ioniques boostent le photovoltaïque
Publié par Adrien le 04/02/2020 à 08:00
Source: CNRS INC
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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Tokyo (RCAST) ont remplacé un dopant à base de lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) est placé entre deux couches, chacune responsable du transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions de...) des électrons et des trous. Ces derniers sont des manques d'électrons dans la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) conductrice. Comme dans un jeu de Taquin, ils se déplacent lorsqu'ils sont comblés par un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) qui, ce faisant, laisse un nouveau trou là où il était. Ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...), ils permettent la conversion de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau et du vent. Le...) et la collecte de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. 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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) des performances de ces cellules photovoltaïques. Dans le cadre d'un laboratoire international associé (LIA NextPV), des chercheurs du Laboratoire de 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 partage des espaces d'investigations communs ou proches.) des polymères organiques (LCPO, CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) 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).


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.

Ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), 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 (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée...) 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.

Note:
(1) Ces travaux s'articulent autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) de la thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à l'égard du sujet ou du thème qu'il évoque.) de Camille Geffroy, qui a bénéficié d'un financement IdEx à l'Université de Bordeaux (Cette page est consacrée au PRES Université de Bordeaux. Pour les pages sur les universités, voir Université Bordeaux I, Université Bordeaux II,...).


Références:
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

Pour en savoir plus:
lcpo.fr
hadziiteam.com
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