Fonctionnalisation des couches d'oxydes métalliques par des Monocouches Auto-Assemblées (SAMs) greffées pour la croissance des films de pérovskites halogénées ABX3 : application aux cellules solaires à base de pérovskite (PSCs)

Les matériaux pérovskites ont connu une forte évolution depuis leur première insertion dans le secteur photovoltaïque en 2009. L'efficacité de conversion de puissance (PCE) n'était que de 3,8% à cette époque et malgré cette efficacité limitée, trouver des moyens d'améliorer les performances des cellules solaires à base de pérovskites (PSCs) a été et reste au centre de plusieurs recherches grâce à la forte absorption de la lumière qui caractérise ces matériaux ainsi qu'à leurs propriétés optoélectroniques exceptionnelles en plus de la facilité de fabrication d'appareils électroniques à partir de processus de solution à faible coût. Aujourd'hui, le PCE a atteint 25,6% pour les PSCs à jonction unique. Seulement 12 ans ont suffi pour avoir environ 7 fois le rendement trouvé en 2009, contrairement au silicium qui a atteint ce rendement en 40 ans. Malgré les avancées significatives, la fabrication à grande échelle des cellules solaires à pérovskite de haute efficacité et haute stabilité restent le principal défi pour l'application pratique des pérovskites aux halogénures hybrides. Pour remédier à ces problèmes, l'insertion des Monocouches Auto-assemblées (SAMs) et l'utilisation des pérovskites hybrides avec différentes compositions chimiques ont été explorée dans ce travail afin d'améliorer les performances des dispositifs électroniques. Récemment, les SAMs ont démontré leurs effets bénéfiques sur les cellules solaires à base de pérovskite halogénée (HP) sur les efficacités de conversion de puissance (PCE) et la stabilité qui ne dépendent pas seulement de la pérovskite elle-même, mais aussi de l'interface avec ce matériau. Pour mieux contrôler l'interface, les SAMs ont des capacités polyvalentes pour manipuler les propriétés physico-chimiques à l'interface, passiver les défauts créés au moment de la cristallisation en plus de générer un alignement du niveau d'énergie. Ce travail décrit des études qui démontrent les avantages directs de l'ingénierie d'interface basée sur des SAMs adéquats pour l'efficacité de conversion de puissance (PCE) et la stabilité des PSCs de type simple et triple cations. Ces SAMs ont été insérées entre l'oxyde métallique qui joue le rôle d'une couche de transport d'électron (ETL) et la pérovskite pour faire face à l'instabilité chimique à l'interface. Les SAMs peuvent se former spontanément lors de l'immersion d'un substrat revêtu d'oxyde de zinc nanoparticules (ZnO NP) ou d'oxyde de zinc monocristallin (ZnO MO) ou d'une couche de TiO2 c