La promesse de la perovskite et son défi de durabilité
Depuis plus d’une décennie, les cellules de perovskite représentent une promesse fascinante pour les énergies renouvelables. Leur performance en laboratoire rivalise presque avec celle du silicium, mais elles souffrent d’une grave faiblesse : une dégradation rapide. Cependant, une découverte récente remet en question ces difficultés. Plutôt que de chercher des solutions technologiques complexes, les chercheurs se sont tournés vers des molécules évoluées que les poulpes et les calmars utilisent depuis des millions d’années pour se protéger des dommages chimiques.
Les causes de la dégradation interne
Selon une étude publiée dans Advanced Energy Materials, la défaillance des cellules de perovskite ne provient pas uniquement de facteurs environnementaux comme l’air ou l’humidité. Elle est surtout interne : lorsqu’elles sont exposées à la lumière solaire, des électrons très énergétiques se forment et réagissent avec de l’oxygène résiduel. Ce processus génère des radicaux superoxyde (O₂·⁻), des molécules extrêmement réactives qui attaquent la structure cristalline de la perovskite, entraînant ainsi sa décomposition.
Le problème de l’interface enterrée
Le vrai point de dégradation commence à l’interface critique entre la perovskite et l’oxyde d’étain (SnO₂), responsable de l’extraction des électrons. Malheureusement, même les meilleures protections externes n’empêchent pas ce phénomène, car l’oxygène est déjà présent depuis la phase de fabrication.
La solution surprenante : la taurine
Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs du Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology et du Korea Institute of Science and Technology a décidé de puiser dans la biologie. Ils ont utilisé une couche ultrafine de taurine, un acide aminé trouvé chez les poulpes et les calmars. Cette molécule a la capacité naturelle de protéger les cellules contre le stress oxydatif, exactement le type de dégradation que subissent les perovskites.
Un mécanisme de défense en deux temps
Le mécanisme de protection est particulièrement remarquable. D’abord, la taurine capte les radicaux superoxyde dès leur formation, grâce à sa structure zwitterionique qui lui permet d’attirer ces molécules réactives et de les convertir en peroxyde d’hydrogène, beaucoup moins agressif. Ensuite, elle réduit le dioxyde d’iode généré lors de la dégradation en ions iodure stables et moins nocifs. Ce qui est fascinant, c’est que, après avoir réalisé ces réactions, la taurine se régénère et peut recommencer le processus.
Des performances améliorées
Outre l’augmentation de la durabilité, la présence de taurine accroît également l’efficacité électrique des cellules. En s’attachant à l’oxyde d’étain et à la perovskite, elle réduit les défauts à l’interface, qui sont des zones où les électrons se perdent sous forme de chaleur. Les résultats sont impressionnants : les cellules traitées avec taurine ont montré une efficacité de 24,8 % et ont conservé 97 % de cette efficacité après 450 heures de fonctionnement à 65 °C.
Conclusion : un nouveau regard vers l’avenir
Cette histoire illustre une ironie scientifique. Alors que l’industrie se concentrait sur des solutions de plus en plus complexes, la nature avait déjà résolu ce défi depuis longtemps. Si cette approche parvient à être mise à l’échelle pour la fabrication industrielle, l’avenir de l’énergie solaire pourrait reposer autant sur l’ingénierie que sur la biologie. En effet, en quête de lumière, il suffit parfois de plonger dans les profondeurs marines.