Le composé qui rend les piments épicés augmente également les performances des cellules solaires en pérovskite

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Le composé qui rend les piments épicés augmente également les performances des cellules solaires en pérovskite
Cellules solaires pérovskite contenant de la capsaïcine. Crédits: Jin Yang

Des scientifiques chinois et suédois ont déterminé qu’une pincée de capsaïcine, le composé chimique qui donne aux piments leur piquant épicé, peut être un ingrédient secret pour des cellules solaires pérovskite plus stables et plus efficaces. La recherche, publiée le 13 janvier dans la revue Joule, a déterminé que la capsaïcine par aspersion dans le précurseur du triiodure de plomb de méthylammonium (MAPbI3) pendant le processus de fabrication, la pérovskite a conduit à une plus grande abondance d’électrons (au lieu d’espaces réservés vides) pour conduire le courant à la surface du semi-conducteur. L’ajout a abouti à des cellules solaires polycristallines MAPbI3 avec le transport de charge le plus efficace à ce jour.

«À l’avenir, la technologie des additifs de biomatériaux forestiers verts et durables constituera une tendance claire dans les matériaux pérovskites non toxiques sans plomb», déclare Qinye Bao, auteur principal de l’étude de l’Université normale de Chine orientale. « Nous espérons que cela produira éventuellement une cellule solaire pérovskite entièrement verte pour une source d’énergie propre. »

Alors que les semi-conducteurs à halogénure métallique pérovskite représentent un composant prometteur pour les technologies de pointe des cellules solaires, ils sont en proie à une recombinaison non radiative, un processus indésirable au niveau électronique qui réduit l’efficacité et exacerbe les pertes de chaleur. Bao et ses collègues ont recherché un additif naturel, à base de forêt et peu coûteux pour surmonter cette limitation et améliorer les performances des cellules solaires.

« Compte tenu des propriétés électriques, chimiques, optiques et stables de la capsaïcine, nous avons d’abord constaté que ce serait un candidat prometteur », déclare Bao.

Pour tester les capacités de la capsaïcine, Bao et ses collègues ont ajouté 0,1% en poids du composé (la concentration optimale déterminée) dans un MAPbI3 précurseur de pérovskite, qu’ils ont utilisé pour fabriquer des cellules solaires. Ensuite, les chercheurs ont appliqué une série de techniques, y compris la spectroscopie photoélectronique ultraviolette, la spectroscopie photoélectronique aux rayons X et la photoluminescence résolue en temps pour déterminer comment l’additif capsaïcine affectait les propriétés des cellules solaires. Ils ont constaté que si les dispositifs de contrôle affichaient une efficacité de conversion de puissance de seulement 19,1%, les dispositifs contenant de la capsaïcine avaient une efficacité de 21,88% – presque aussi élevée que l’efficacité record de 21,93% du MAPbI monocristallin.3 dispositifs. Les cellules solaires améliorées ont également montré une stabilité améliorée, conservant plus de 90% de leur efficacité initiale après 800 heures de stockage à l’air ambiant.

Bao et ses collègues ont également déterminé que la capsaïcine réduisait considérablement la densité des défauts du film de pérovskite, augmentant la densité électronique d’un ordre de grandeur et augmentant le transport de charge. De plus, ils ont observé un courant de fuite plus petit dans les cellules solaires contenant le composé de piment, suggérant qu’il a réussi à supprimer la recombinaison non radiative.

La capsaïcine a permis ces améliorations en transformant l’énergie de surface du matériau pérovskite, créant une interface entre les couches semi-conductrices de type p, qui contiennent plus de «trous» déficients en électrons que d’électrons, et les couches semi-conductrices de type n, qui contiennent plus d’électrons que de «trous». Cette interface favorise le transport de charge et supprime la perte d’efficacité observée dans les semi-conducteurs pérovskite traditionnels.

Alors que la capsaïcine peut fournir un additif peu coûteux et largement disponible pour le développement futur de cellules solaires à pérovskite à grande échelle et hautement efficaces, Bao et ses collègues notent que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour étudier l’effet du composé sur les pérovskites non toxiques et sans plomb. comme la pérovskite inorganique et la double pérovskite. De plus, la stabilité du matériau doit être affinée avant qu’il ne soit prêt pour des applications commerciales.

«Nous nous concentrerons davantage sur la relation entre les structures chimiques des additifs de biomatériaux naturels, leur interaction avec les matériaux photoactifs et les performances photovoltaïques correspondantes», déclare Bao. « Nous espérons générer de nouvelles connaissances d’une grande valeur pour augmenter encore l’efficacité de conversion d’énergie et la stabilité des cellules solaires pérovskite. »


Un professeur de chimie utilise de vieux matériaux pour fabriquer des cellules solaires plus récentes et de meilleure qualité

Plus d’information: Joule, Hao et Xiong et al.: « Observation directe sur la transformation de type p en n de la région de surface de la pérovskite pendant la passivation de défaut conduisant à un rendement photovoltaïque élevé » www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30608-5 , DOI: 10.1016 / j.joule.2020.12.009
Informations sur le journal: Joule

Citation: Le composé qui rend les piments épicés augmente également les performances de la cellule solaire en pérovskite (13 janvier 2021) récupéré le 13 janvier 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-01-compound-chili-peppers-spicy-boosts.html

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