Tests en labo : le chrome permet aux électrodes bon marché d’égaler l’or dans les cellules à pérovskite

Une électrode arrière en or peut coûter environ 60 euros par mètre carré de panneau solaire à pérovskite lorsqu’elle ne fait que 100 nanomètres d’épaisseur. Cela représente environ trois fois le coût d’un panneau au silicium complet, électronique comprise, selon l’équipe à l’origine d’une étude publiée dans Advanced Energy Materials. Le substitut proposé est une couche de chrome de 5 nanomètres placée entre la pérovskite et un métal bon marché comme l’aluminium.

Le problème est chimique. À mesure qu’une cellule à pérovskite vieillit, des ions halogénures s’échappent du matériau actif et attaquent facilement la plupart des métaux. L’or résiste largement à cette corrosion. L’analyse des chercheurs par spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X a montré que le chrome forme à l’interface une barrière composée de métal et d’oxyde : elle absorbe l’attaque chimique avant que les halogénures n’atteignent l’aluminium situé en dessous. Le même effet protecteur est apparu avec le cuivre et l’argent, ce qui laisse penser que l’approche ne se limite pas à un seul métal bon marché.

Lors des tests de vieillissement accéléré, l’aluminium seul s’est rapidement dégradé. Avec l’ajout de chrome, il est passé du statut d’option la moins stable testée à celui de l’une des plus stables, égalant de près l’or tout en utilisant des matières premières coûtant environ un cent-millième de son prix. Les cellules ont été testées sous une combinaison de chaleur et de lumière à 0,76 soleil et environ 75°C, dans des conditions destinées à éprouver les dispositifs plutôt qu’à reproduire directement leur fonctionnement courant.

L’étude a révélé un second point faible dans l’électrode frontale transparente. L’ITO, ou oxyde d’indium-étain, est largement utilisé parce qu’il laisse passer la lumière, mais une spectrométrie de masse à résolution en profondeur a montré que l’indium migrait dans la pérovskite. Le métal semble avoir créé des défauts accélérant la dégradation induite par la lumière et la chaleur. La FTO — oxyde d’étain dopé au fluor — ne contient pas d’indium, et les cellules qui en étaient équipées ont évité la perte de performances qui faisait défaillir les dispositifs à base d’ITO en quelques centaines d’heures sous le même stress.

Et concrètement ? Une cellule à pérovskite pourrait potentiellement remplacer en même temps deux choix de matériaux coûteux ou instables : l’or à l’arrière et l’ITO à l’avant. Lors des tests de l’équipe, les cellules utilisant de la FTO et la bicouche chrome-aluminium ont suivi les références à base d’or pendant plus de 1 000 heures de chaleur et de lumière solaire simulée. Il s’agit d’une piste d’ingénierie intéressante pour des dispositifs moins chers et plus durables, mais le résultat reste une démonstration en laboratoire et non celle d’un panneau commercial.