La suppression des adduits de solvant par compétition de coordination permet des photovoltaïques pérovskites à l’échelle

Pourquoi des films solaires meilleurs sont importants

Les cellules solaires pérovskites comptent parmi les candidats les plus prometteurs pour fournir une énergie solaire moins chère et plus efficace que les panneaux en silicium actuels. Mais si les chercheurs savent fabriquer de petits dispositifs record en laboratoire, transformer ces mêmes matériaux en modules solaires de grande taille et à l’échelle industrielle s’avère beaucoup plus difficile. Cette étude s’attaque à un goulot d’étranglement caché dans la montée en échelle des films pérovskites et propose une solution chimique qui permet à de grands modules revêtus au couteau d’atteindre des rendements adaptés au déploiement réel.

Des gouttes en rotation aux lames d’usine

La plupart des cellules pérovskites les plus performantes sont fabriquées par dépôt par centrifugation — on étale une solution liquide sur une petite plaquette en la faisant tourner rapidement. Cette méthode force le solvant à s’évaporer rapidement, puis on ajoute un « antisolvant » qui déclenche une croissance cristalline nette et bien contrôlée. Les méthodes industrielles, en revanche, doivent recouvrir de grandes feuilles de verre avec des outils simples comme des lames mobiles, en comptant sur une évaporation plus lente du solvant plutôt que sur la rotation rapide. Les auteurs montrent que cette différence de comportement des fluides conduit à une croissance cristalline très différente, et que des recettes optimisées pour la centrifugation ne se transfèrent pas automatiquement au revêtement au couteau à l’échelle.

Une horloge cachée dans la peinture humide

L’équipe identifie une variable clé mais jusque‑là négligée : le temps pendant lequel les molécules de solvant restent fortement liées aux ingrédients pérovskites dans le film humide, qu’ils appellent le temps d’interaction solvant‑précurseur. Dans les films déposés au couteau, le séchage plus lent maintient le solvant fortement attaché plus longtemps, formant des phases d’« adduits de solvant » tenaces et emprisonnant des résidus à l’intérieur du film. Des mesures par rayons X et des analyses chimiques révèlent que ces intermédiaires riches en solvant sont bien plus prononcés dans les couches déposées au couteau que dans celles déposées par centrifugation, avec pour conséquence un ordre cristallin inférieur et plus de défauts électroniques — deux mauvaises nouvelles pour la performance des cellules solaires.

Laisser gagner les bonnes molécules

Plutôt que d’extraire le solvant par des traitements plus agressifs, les chercheurs conçoivent une compétition moléculaire subtile. Ils introduisent une petite molécule additive portant deux groupes hydroxyle (OH), surnommée 2OH, dans « l’encre » pérovskite. Cette molécule est adaptée pour se lier plus fortement aux ions plomb que le solvant de traitement courant N‑methyl‑2‑pyrrolidone (NMP). Une batterie de techniques — dont la spectroscopie infra‑rouge, l’absorption de rayons X et la diffraction — montre que 2OH remporte la compétition aux sites du plomb, affaiblit l’adhérence solvant‑plomb et favorise la libération de solvant libre qui peut s’évaporer plus facilement. En parallèle, 2OH aide à organiser les composants organiques de la pérovskite, les orientant vers la phase cristalline souhaitée.

Des films plus propres, des dispositifs plus grands

Pour évaluer comment cette compétition de coordination se traduit dans des dispositifs réels, les auteurs varient les additifs contenant zéro, un ou deux groupes OH. À mesure que le nombre de groupes OH augmente, le solvant résiduel dans le film diminue, les liaisons plomb‑solvant s’affaiblissent, et les cristaux de pérovskite deviennent plus ordonnés et moins defectueux. Les cellules solaires fabriquées avec l’additif 2OH atteignent une efficacité de conversion de puissance de 26,5 % sur de petites cellules de test, avec des gains notables en tension et en facteur de remplissage. Fait crucial, la même stratégie est scalable : des mini‑modules revêtus au couteau de 20,8 centimètres carrés atteignent 22,9 % d’efficacité, et un sous‑module pré‑pilote de 728,0 centimètres carrés est certifié à 22,58 %, plaçant les pérovskites revêtus au couteau dans une classe de performance auparavant réservée à des méthodes de laboratoire plus délicates.

Plus d’énergie, durée de vie plus longue

De meilleurs cristaux augmentent non seulement l’efficacité mais aussi la stabilité. Les dispositifs fabriqués avec 2OH conservent 92 % de leur performance initiale après presque 1 000 heures d’illumination continue, contre 80 % pour les dispositifs témoins. L’imagerie électrique révèle en outre que les modules grande surface avec l’additif présentent une émission lumineuse plus uniforme et moins de « points chauds », signes d’une réduction des court‑circuits locaux et d’un nombre de défauts moindre. Des mesures du flux et de la recombinaison des charges confirment que les films perdent moins d’énergie par des voies indésirables, ce qui contribue à expliquer l’amélioration de la tension et de la durabilité.

Une voie pratique vers des pérovskites à l’échelle

Pour les non‑spécialistes, la conclusion est que les auteurs ont trouvé un « bouton » chimique simple qui permet aux fabricants de régler la durée pendant laquelle le solvant colle aux cristaux de pérovskite en formation lors du revêtement de grande surface. En introduisant une molécule qui pousse la chimie loin des complexes solvants adhésifs et vers des cristaux propres et bien ordonnés, ils obtiennent une haute efficacité et une bonne stabilité en utilisant le revêtement au couteau compatible industrie. Cette approche offre une voie réaliste vers la production de masse de panneaux solaires pérovskites à la fois performants et manufacturables à grande échelle.

Citation: Jin, L., Zhang, S., Zhou, J. et al. Suppressing solvent adducts via coordination competition enables scalable perovskite photovoltaics. Nat Commun 17, 1737 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68439-8

Mots-clés: cellules solaires pérovskites, revêtement au couteau, photovoltaïque en couche mince, contrôle de la croissance cristalline, mise à l’échelle des modules solaires