Les pérovskites et les cellules solaires pérovskites : Aperçu comparatif

Que sont les pérovskites et les cellules solaires pérovskites ?

Lespérovskites sont un groupe de minéraux présentant une structure cristalline particulière. Elles ne sont pas rares lorsqu'elles sont produites en laboratoire. Les scientifiques utilisent ces matériaux fabriqués en laboratoire pour construire des cellules solaires qui transforment la lumière en électricité. Elles présentent de bonnes performances et peuvent être fabriquées à faible coût. La structure de ces matériaux permet d'améliorer l'absorption de la lumière et le transfert de charge. De nombreux groupes de recherche utilisent les cellules solaires à pérovskite pour améliorer la conversion de l'énergie solaire.

Ces cellules solaires ont fait l'objet d'une grande attention au cours des dernières années. Elles ont une forte capacité d'absorption de la lumière et un processus de fabrication simple. Leurs performances rivalisent avec celles des technologies plus anciennes. De nombreux ingénieurs comparent ces cellules aux cellules solaires traditionnelles au silicium. Cette discussion nous aide à comprendre comment une cellule solaire pérovskite peut contribuer aux besoins énergétiques futurs.

Structure et matériaux de la cellule solaire pérovskite

Le substrat

Le substrat est la base de la cellule solaire. Il offre un support physique et maintient les autres couches en place. Les substrats les plus courants sont le verre ou les matériaux plastiques flexibles. Ces matériaux sont durables et stables. Dans de nombreux cas, le choix du substrat permet de réduire les coûts et de faciliter l'installation.

Couche conductrice transparente

La couche suivante est la couche conductrice transparente. Cette couche permet à la lumière d'atteindre les zones actives. Elle conduit également l'électricité générée dans la cellule. Des matériaux tels que l'oxyded'étain d'indiumou l'oxyde d'étain dopé au fluor sont utilisés ici. Ils combinent le besoin de transparence avec une bonne conduction électrique.

Couche de transport d'électrons

La couche de transport d'électrons joue un rôle clé en éloignant les électrons de la couche de pérovskite. Des matériaux tels que le dioxyde de titane sont couramment utilisés. Cette couche permet d'éviter la recombinaison des électrons et des trous. Ce faisant, elle augmente le rendement global de la cellule solaire.

Couche de pérovskite

La couche de pérovskite est au cœur du dispositif. Elle contient les cristaux de pérovskite qui absorbent la lumière. Lorsque la lumière frappe cette couche, elle crée des paires d'électrons et de trous. Ce processus est essentiel pour la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique. La couche de pérovskite est souvent formée par un processus de solution simple et moins coûteux que d'autres méthodes.

Couche de transport des trous

Après la couche de pérovskite, la couche de transport des trous entre en jeu. Cette couche transporte les charges positives loin de la pérovskite. Elle utilise des matériaux tels que le spiro-OMeTAD ou d'autres composés organiques. La couche garantit que les charges positives atteignent efficacement l'électrode métallique. Ce processus réduit les pertes et améliore les performances de la cellule.

Électrode métallique

La dernière couche est l'électrode métallique. Cette couche recueille les charges qui ont traversé les couches. L'argent ou l'or sont de bons choix pour l'électrode métallique. L'électrode métallique complète le circuit électrique de la cellule solaire. Son rôle est essentiel pour l'extraction et la collecte de l'électricité générée.

Comment fonctionne la cellule solaire pérovskite ?

Absorption de la lumière

Le processus de fonctionnement commence par l'absorption de la lumière. Lorsque le soleil éclaire la couche de pérovskite, le matériau absorbe la lumière. Les cristaux de pérovskite ont un coefficient d'absorption élevé. La lumière absorbée crée des paires électron-trou. C'est la première étape de la conversion de l'énergie solaire en électricité.

Séparation des charges

Une fois la lumière absorbée, l'étape de la séparation des charges a lieu. La couche de transport d'électrons éloigne les électrons de la couche de pérovskite. Pendant ce temps, la couche de transport des trous absorbe les charges positives. Cette séparation empêche les charges de se recombiner trop tôt. Un chemin clair est créé pour chaque type de charge.

Collecte des charges

L'étape finale est la collecte des charges. Les charges séparées atteignent l'électrode métallique et la couche conductrice. Elles forment un courant électrique. Ce courant peut ensuite être utilisé pour des applications pratiques. Chaque couche de la cellule solaire travaille en tandem pour parvenir à ce résultat. Le processus est simple mais efficace.

La pérovskite par rapport aux autres technologies de cellules solaires

Cellules solaires au silicium

Les cellules solaires au silicium sont la référence depuis de nombreuses années. Elles fonctionnent bien et offrent une stabilité à long terme. Cependant, la production d'une cellule solaire au silicium nécessite beaucoup d'énergie. Les cellules solaires pérovskites consomment moins d'énergie pour leur production. Elles peuvent être fabriquées par des méthodes plus simples. Cette différence en fait une alternative intéressante.

Cellules solaires à couche mince

Lescellules solaires à couche mince comprennent des matériaux tels que le tellurure de cadmium et le séléniure de cuivre, d'indium et de gallium. Ces cellules sont légères et plus flexibles que les cellules au silicium. Les cellules solaires à pérovskite partagent certains de ces avantages. Elles sont également flexibles et peuvent être produites sur des systèmes roll-to-roll. Lors de certains tests, les cellules solaires en pérovskite se sont révélées plus efficaces sur une courte période. Cela a attiré l'attention de nombreux ingénieurs.

Photovoltaïque organique

Les cellules photovoltaïques organiques utilisent des matériaux à base de carbone pour convertir la lumière en électricité. Ils ont l'avantage d'être peu coûteux et flexibles. Les cellules solaires pérovskites offrent une solution intermédiaire. Elles combinent la facilité de traitement des cellules photovoltaïques organiques avec un rendement plus élevé. Elles peuvent donc être utilisées dans plusieurs contextes, y compris dans les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments.

Conclusion

Lespérovskites et les cellules solaires pérovskites ont changé notre vision de l'énergie solaire. Leur structure simple et leurs procédés rentables séduisent de nombreux chercheurs et groupes industriels. Bien que des défis tels que la stabilité et la longévité demeurent, les avantages d'un coût de production plus faible et d'un rendement élevé sont prometteurs. Cet aperçu montre que les cellules solaires pérovskites occupent une place de choix parmi les autres technologies de cellules solaires. Au fur et à mesure que la recherche se poursuit, ces cellules pourraient devenir monnaie courante dans notre paysage énergétique.

Questions fréquemment posées

F : Les cellules solaires pérovskites sont-elles stables dans le temps ?
Q : La stabilité s'améliore. De nombreux laboratoires travaillent sur les revêtements et l'encapsulation pour protéger le matériau.

F : Quel est le principal composant d'une cellule solaire à pérovskite ?
Q : La couche de pérovskite est essentielle car elle est responsable de l'absorption de la lumière et de la création de charges.

F : Comment les cellules solaires à pérovskite se comparent-elles aux cellules solaires au silicium ?
Q : Elles sont plus simples et moins chères à produire, mais les cellules au silicium restent les plus stables à long terme.