Perovskite solar cells under protons irradiation: From in-situ IV-monitoring to root cause degradation elucidation
Cellules solaires en pérovskite soumises à une irradiation aux protons : de la surveillance in situ de l'IV à l'élucidation des causes profondes de la dégradation
Résumé
In recent years, the mixed halide Perovskite Solar Cells (PSCs) triggered huge amount of R&D activities, thanks to their excellent optoelectronic properties, fast progressing power conversion efficiencies and low cost potential. On top of that, with their high specific power & compatibility with flexible substrate, PSCs appear as a promising mid/long-term alternative photovoltaic technology for space applications. However, the harsh space environment requires particularly robust PV solutions, especially against electrons & protons irradiations; detailed evaluation and comprehension of ageing under irradiations are thus key steps on PSCs development path. In this paper, we focus on perovskite materials and subsequently solar cells proton radiation hardness, with a fluence up to 5 x 1014 protons/cm2 at 1 MeV. Optical, microstructural and electrical characterisations, both in-situ and ex-situ, are used to track the evolutions of 4 different perovskite stoichiometries under irradiation. To this end, single layers, sub-assemblies and full solar cells stack were exposed to protons flux. This systematic approach allowed us to highlight the differences in radiation hardness of PSCs constituting layers: the photo-active Cs0.05FA0.95Pb(I1-xBrx)3 materials exhibits outstanding radiation hardness under the tested conditions, while the PTAA Hole Transport Layer (HTL) appears as a weak contact layer driving cells performance degradation at high fluences.
Ces dernières années, les cellules solaires à halogénures mixtes pérovskites (PSC) ont suscité un grand nombre d'activités de R&D, grâce à leurs excellentes propriétés optoélectroniques, à leurs rendements de conversion d'énergie qui progressent rapidement et à leur faible coût potentiel. En outre, grâce à leur puissance spécifique élevée et à leur compatibilité avec les substrats souples, les PSC apparaissent comme une technologie photovoltaïque alternative prometteuse à moyen/long terme pour les applications spatiales. Cependant, l'environnement hostile de l'espace exige des solutions photovoltaïques particulièrement robustes, notamment contre les irradiations d'électrons et de protons ; l'évaluation détaillée et la compréhension du vieillissement sous irradiation sont donc des étapes clés sur la voie du développement des PSC. Dans cet article, nous nous concentrons sur les matériaux pérovskites et, par conséquent, sur la résistance des cellules solaires aux rayonnements de protons, avec une fluence allant jusqu'à 5x1014 protons/cm² à 1 MeV. Des caractérisations optiques, microstructurales et électriques, à la fois in-situ et ex-situ, sont utilisées pour suivre l'évolution de 4 stœchiométries de pérovskite différentes sous irradiation. A cette fin, des couches uniques, des sous-ensembles et des piles de cellules solaires complètes ont été exposés à un flux de protons. Cette approche systématique nous a permis de mettre en évidence les différences de dureté aux radiations des PSCs constituant les couches : les matériaux photo-actifs Cs0.05FA0.95Pb(I1-xBrx)3 présentent une dureté aux radiations exceptionnelle dans les conditions testées, tandis que la couche de transport de trous PTAA (HTL) apparaît comme une couche de contact faible entraînant une dégradation des performances des cellules.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|