Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Transformer l'énergie solaire en électricité en utilisant des matériaux et des procédés à bas coût reste un défi. Les cellules solaires à pérovskites hybrides (PH), apparues très récemment, sont basées sur des matériaux aux propriétés opto-électroniques et structurales remarquables. Cet article montre comment les PH sont utilisées dans les cellules solaires et leurs différentes voies de préparation sont décrites. Les différentes architectures et structures de cellules sont expliquées. Enfin, les autres matériaux utilisés dans les cellules sont présentés et l'importance de leurs propriétés optiques et électroniques pour le bon fonctionnement des dispositifs est expliquée.
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Converting solar energy into electricity using low-cost materials and processes remains challenging. The very recently emerging hybrid perovskite solar cells are based on materials with remarkable opto-electronic and structural properties. This article shows how these compounds are integrated in photovoltaic cells, and the various techniques used for their preparation are described. The various cell architectures reported in the literature are described. The other materials used in the devices are presented, and the importance of their optical and electronic properties for the efficient functioning of the devices is explained.
Auteur(s)
-
Thierry PAUPORTÉ : Directeur de recherche CNRS - Institut de recherche de Chimie-Paris, Chimie-Paristech, Paris, France
INTRODUCTION
Domaine : Cellules solaires photovoltaïques
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Photovoltaïque, couches minces
Domaines d'application : Énergie, électricité
Principaux acteurs français :
-
École nationale supérieure de chimie de Paris (Chimie-Paristech), Institut de recherche de Chimie-Paris (UMR 8247) https://www.chimie-paristech.fr/fr/la_ recherche/ircp/
-
Institut national des sciences appliquées de Rennes, laboratoire FOTON http://www.insa-rennes.fr/foton.html
-
université d'Angers, laboratoire MOLTECH-Anjou (UMR 6200) http://moltech-anjou.univ-angers.fr/
-
Institut de recherche XLIM, Limoges http://www.xlim.fr/
-
Institut nanoscience et cryogénie, CEA, structure et propriétés d'architectures moléculaires http://inac.cea.fr/spram/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service. php?id_unit=10
Autres acteurs dans le monde :
-
École polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse), Laboratory of Photonics and Interfaces (LPI) http://lpi.epfl.ch/
-
université d'Oxford (Grande-Bretagne), département de physique https://www2.physics.ox.ac.uk/research/photovoltaic-and-optoelectronic-device-group
-
Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), Division of Advanced Materials http://english.krict.re.kr/eng/
-
Oxford PV https://www.oxfordpv.com/
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Cellules solaires à base de pérovskites hybrides
En anglais
2. Pérovskites hybrides comme absorbeurs de lumière dans les cellules solaires
2.1 Propriétés structurales des pérovskites hybrides
Le terme « pérovskite » désigne à l'origine le minéral CaTiO3 (titanate de calcium) qui a été décrit pour la première fois en 1839 par le minéralogiste allemand Gustav Rose et dont le nom est dédié au minéralogiste russe Lev Alexeïevitch Perovski. Il désigne depuis la structure cristalline correspondante de formule générale ABC3 . À la fin du XIXe siècle, de nouvelles pérovskites ont été synthétisées de formule ABX3 avec X un halogénure, Cl–, Br– ou I–, A étant le Cs+ et B le Pb2+. Leur structure cristalline n'a été résolue qu'en 1957 par Christian Moller . Il avait alors observé que ces matériaux étaient photoconducteurs et donc se comportaient comme des semi-conducteurs. En 1978, D. Weber a montré qu'il est possible de remplacer l'ion césium par un gros cation organique comme le méthylammonium pour obtenir des pérovskites hybrides (PH) organiques-inorganiques tridimensionnelles (3D).
La structure des pérovskites hybrides utilisées dans les cellules solaires est présentée en figure 1. Le cation, Cs+ ou une petite molécule organique [classiquement le méthylammonium (MA), mais aussi le formamidinium (FA) ou l'acide 5-aminovalérique (5-AVA)] occupe le centre d'un cube dont les sommets sont occupés par le Pb(II) ou le Sn(II). Ces cations sont eux-mêmes au centre d'un octaèdre (BX6) composé d'ions halogénures, I–, Cl– ou Br–. La structure pérovskite de plus haute symétrie...
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Pérovskites hybrides comme absorbeurs de lumière dans les cellules solaires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MOLLER (C.K.) - Crystal structure and photoconductivity of caesium plumbohalides. - Nature, 182(4647), p. 1436-1436 (1958).
-
(2) - WEBER (D.) - CH3NH3PbX3 , a Pb(II)-system with cubic perovskite structure. - Z. Naturforschung B, 33(12), p. 1443-1445 (1978).
-
(3) - WELLER (M.T.), WEBER (O.J.), HANRY (P.F.), DI PUMPO (A.M.), HANSEN (T.C.) - Complete structure and cation orientation in perovskite photovoltaic methylammonium lead iodide between 100 and 352 K. - Chem. Commun., 51, p. 4180-4183 (2015).
-
(4) - NOH (J.H.), IM (S.H.), HEO (J.H.), MANDAL (T.N.), SEOK (S.I.) - Chemical management for colorful, efficient, and stable inorganic-organic hybrid nanostructured solar cells. - Nano Lett., 13, p. 1764-1769 (2013).
-
(5) - WONG (A.B.), LAI (M.), EATON (S.W.), YU (Y.), LIN (E.), DOU (L.), FU (A.), YANG (P.) - Growth and anion exchange conversion of CH3NH3PbX3 nanorod arrays for light emitting diodes. - Nano Lett., 15, p. 5519-5524 (2015).
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