Slot-die coating of hybrid perovskite : material study and integration into photovoltaic devices.

Dépôt de pérovskite hybride par procédé slot-die : étude matériau et intégration en dispositifs photovoltaïques Depuis 2009, les matériaux hybrides pérovskites halogénés ont émergé en tant que technologie photovoltaïque innovante, contrastant avec les technologies existantes à base de silicium par leur mise en œuvre par voie liquide qui réduit significativement l'empreinte carbone de la fabrication des panneaux solaires. En 2021, le rendement de cellules solaires à base de pérovskite atteint 25.5% à l’échelle laboratoire, réduisant l’écart de performance avec a technologie silicium. Une des difficultés rencontrées lors du développement de cette technologie à large échelle est l’homogénéité du dépôt de la couche pérovskite sur des grandes surfaces. Malgré l’existence de procédés industriels (impression jet d’encre, slot-die coating) pour déposer le film liquide précurseur sur des grands substrats, le défi réside dans le contrôle de la cristallisation du matériau pérovskite à l’échelle industrielle. Dans ce travail, nous avons étudié le dépôt par voie humide d’une pérovskite halogénée mixte (CsxFA(1-x)Pb(I0.88Br0.12)3) par le procédé slot-die combiné à un couteau d’air et une chauffe de substrat pour permettre la cristallisation sur des dimensions de 5 x 5 cet 10 x 10 cm2. Nous détaillons l’effet des paramètres du procédé slot-die, de l’encre pérovskite précurseur et du substrat sous-jacent sur la morphologie du film pérovskite et ses qualités opto-électroniques. Nous dévoilons le rôle du précurseur CsI dans cette cristallisation assistée par flux d’air et montrons que son effet diffère vis-à-vis de la cristallisation conventionnelle par anti-solvent. Nous optimisons la combinaison d’un couteau d’air et d’une chauffe de substrat pour permettre la formation d’un film pérovskite Cs0.16FA0.84Pb(I0.88Br0.12)3 compact de façon reproductible et homogène. L’intégration de ces couches dans des dispositifs photovoltaïques a mené à des rendements de conversion de 18% à l’échelle laboratoire (0.09 cm2) et 11.6% à l’échelle mini-module (55 cm2). Ce travail ouvre la voie à la compréhension et au contrôle de la cristallisation du matériau pérovskite sur des grandes surfaces, nécessaire pour l’industrialisation de cette technologie.