Reflet de cette course mondiale particulièrement dynamique, les records de performances, obtenus souvent sur très petites surfaces, sont fréquents actuellement, et dépassent 29% pour des cellules tandem, 25% pour des cellules PK simple jonction[1].
Les pérovskites excitent la communauté pour leur potentiel de rendement bien sûr, mais aussi car elles présentent l'intérêt de pouvoir être mises en œuvre par voie liquide et à basse température (en dessous de 150°C), deux facteurs clés pour augmenter encore l'attractivité de cette technologie en répondant aux critères d'industrialisation et de compétitivité. Le CEA à l'INES mène des travaux sur l'axe procédé basse température dans le cadre du projet Européen APOLO dont l'objectif est de développer des modules photovoltaïques flexibles Pérovskite simple jonction.
Nos laboratoires avaient déjà obtenu des performances record au regard de la surface du dispositif[2] (20,3% sur 11,2 cm²) sur substrat rigide (verre). Ils viennent de transposer cette technologie sur substrat flexible, en adaptant notamment l'épaisseur de la couche active aux spécificités optiques du substrat (PET/ITO) et le taux d'iode au regard du brome.
Le CEA a ainsi atteint des performances moyennes de l'ordre de 18% pour un lot de 12 cellules solaires pérovskites flexibles simple jonction avec une cellule record à 19,2% d'une surface de 0,33 cm².
Mesure électrique de la cellule record
Ce résultat est à comparer avec les meilleures performances mondiales sur substrat flexible[3],[4],[5] (entre 20 et 21% de rendement) réalisées à des températures allant jusqu'à 180°C, incompatibles avec des substrats bas coûts tels le PET, ou encore sur de plus petites surfaces actives (de l'ordre de 0,1 cm2) et en utilisant de couches qui complexifient la cellule (anti reflet, couches mésoporeuses à synthèse plus complexe, et/ou sélectives de trous de type Spiro-Metad). La technologie développée par le CEA concilie simplicité et performances.
La structure mise en œuvre par le CEA est simple et la couche pérovskite de type double cations (Césium et Formamidinium) offre des résultats de stabilité prometteurs en comparaison de technologies utilisant un cation de type methylammonium, peu stable thermiquement. Des essais en chaleur humide (85°C/85%RH) menés au CEA sur des cellules flexibles semblables encapsulées ont conservé 90% de leur rendement initial après un test de 800h.
Le CEA à l'INES travaille en parallèle à la réalisation de modules flexibles de plus grande dimension. Ces développements pourraient amener à des performances encore supérieures du fait d'un design électrique plus adapté, ce qui a été le cas lors du passage à l'échelle module dans le cas des substrats en verre. Il travaille aussi, entre autres sujets de recherche concernant la thématique pérovskites, à l'utilisation d'un procédé de dépôt slot-die pour les différentes couches, transposable à l'échelle industrielle.
Acknowledgement for fundings from Institut Carnot Energies du Futur (Si-Premium and LASPV projects) and H2020 APOLO project (No 763989).
[1] https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.20200104.pdf
[2] https://www.cea.fr/cea-tech/liten/english/pages/medias/news/pv-high-efficiency/new-record-for-perovskite-module-technology.aspx
[3] https://www.chemistryworld.com/news/new-record-efficiency-for-flexible-perovskite-solar-cells/4012858.article#/
[4] Nano Energy 82 (2021) 105737, DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105737
[5] Energy Environ. Sci. 13, (2020), 13, 4854—4861, DOI: 10.1039/d0ee02164d