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Cellules solaires en pérovskite
- samuelfloucat
- 23 sept.
- 4 min de lecture
La contrainte thermique, la solution pour une stabilité à long terme ?
Les cellules solaires en pérovskite, reconnues pour leur haute efficacité et leur faible coût de production, font face à un défi majeur : leur stabilité à long terme. Une étude récente met en lumière le rôle crucial des contraintes thermiques dans leur dégradation et ouvre la voie à des solutions innovantes.
Le défi de la stabilité
Les pérovskites à halogénures métalliques, au cœur de ces cellules solaires de nouvelle génération, sont sensibles aux variations de température. Dans des conditions d'utilisation réelles, ces cellules sont exposées à des cycles de chauffage et de refroidissement importants, ce qui affecte leurs performances et leur durée de vie.
L'impact des contraintes thermiques
Une collaboration de recherche internationale, menée par le professeur Antonio Abate, a étudié en profondeur l'effet des cycles thermiques sur ces cellules. En soumettant les cellules à des températures extrêmes, allant de -150 à +150 degrés Celsius, les chercheurs ont identifié la contrainte thermique comme le facteur déterminant de leur dégradation.
Ces cycles thermiques provoquent des contraintes au sein même de la couche de pérovskite et entre les différentes couches qui composent la cellule solaire. Les matériaux, ayant des comportements thermiques différents, se dilatent et se contractent à des rythmes différents, ce qui entraîne une détérioration des contacts entre les couches et, à terme, une baisse de l'efficacité de la cellule.
Vers des cellules solaires plus durables
Les résultats de cette étude indiquent une voie claire pour améliorer la stabilité des cellules solaires en pérovskite. La solution réside dans le renforcement de la stabilité thermique des structures de pérovskite et des couches adjacentes.
Pour y parvenir, les chercheurs préconisent plusieurs approches :
Amélioration de la qualité cristalline des matériaux pour les rendre plus résistants aux contraintes.
Utilisation de couches tampons appropriées pour mieux absorber les contraintes mécaniques générées par les variations de température.
De plus, l'étude souligne l'importance d'établir des protocoles d'essai uniformes pour évaluer la stabilité thermique des cellules. Cela permettra une meilleure comparaison entre les différentes recherches et accélérera le développement de solutions plus robustes.
En conclusion, la maîtrise des contraintes thermiques est la clé pour débloquer le plein potentiel des cellules solaires en pérovskite et faire de cette technologie une alternative viable et durable pour l'avenir de l'énergie solaire.
Source : chemeurope.com
1. Cellule Solaire en Pérovskite (Centre) : Au centre, on voit une représentation simplifiée d'une cellule solaire en pérovskite, constituée de différentes couches, dont la couche active de pérovskite (représentée par une structure de polyèdres imbriqués). Les fonds rouge et bleu suggèrent les variations de température (chaud et froid) auxquelles la cellule est soumise.
2. Température Ambiante (Room T) : Sur les côtés gauche et droit, la cellule est montrée à "Room T" (température ambiante). Dans cet état, les couches sont alignées et la structure de la pérovskite apparaît stable, sans déformation visible. C'est le point de départ et le point d'arrivée d'un cycle thermique idéal.
3. Refroidissement (Cooling) et Température Froide (Cold T) : En haut à gauche, un chemin indique un "Cooling" (refroidissement) de la cellule. Lorsqu'elle atteint une "Cold T" (température froide), la cellule se contracte. Les flèches bleues pointant vers l'intérieur de la cellule montrent cette contraction, et les lignes pointillées autour de la structure de la pérovskite symbolisent les contraintes mécaniques internes dues au froid. Les couches peuvent se déformer ou se décoller légèrement.
4. Réchauffement (Warming) : En haut à droite, un chemin indique un "Warming" (réchauffement) qui ramène la cellule de "Cold T" à "Room T". Idéalement, la cellule devrait retrouver son état initial sans dommage.
5. Réchauffement (Warming) et Température Chaude (Hot T) : En bas à droite, un autre chemin de "Warming" est montré. Lorsqu'elle atteint une "Hot T" (température chaude), la cellule se dilate. Les flèches orange pointant vers l'extérieur montrent cette dilatation, et les lignes pointillées indiquent à nouveau les contraintes mécaniques, mais cette fois-ci dues à l'expansion.
6. Refroidissement (Cooling) : En bas à gauche, un chemin de "Cooling" ramène la cellule de "Hot T" à "Room T".
Cycle Complet et Implications : L'ensemble de l'image illustre un cycle thermique complet : de la température ambiante au froid, puis au chaud, et enfin de retour à la température ambiante. Le message clé de cette image est que les matériaux de la cellule (en particulier la pérovskite et les couches adjacentes) ne se dilatent ni ne se contractent de manière uniforme. Ces différences de comportement thermique (dilatation/contraction) génèrent des contraintes mécaniques (représentées par les déformations et les lignes pointillées) qui peuvent endommager la cellule au fil du temps. Ces dommages se manifestent par des fissures, des délaminations ou des dégradations des interfaces, ce qui réduit l'efficacité et la stabilité à long terme des cellules solaires en pérovskite.
En somme, cette image visait à expliquer visuellement que les variations de température extrêmes sont une source majeure de dégradation des cellules solaires en pérovskite, en raison des contraintes thermiques qu'elles induisent dans les matériaux et entre les couches de la cellule.
Source : pv-magasine
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