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  • Une approche pour fabriquer des cellules solaires à points quantiques à pérovskite stables avec des rendements de conversion de puissance élevés

    Morphologie et structure cristalline de Cs1−xFAxPbI3 QD. une, b, Images HAADF-STEM à faible grossissement (a) et à fort grossissement (b) de QDs Cs0.5FA0.5PbI3. c, ré, Image représentative HAADF-STEM à résolution atomique (c) et image dérivée HAADF-STEM codée par couleur (d) de Cs0.5FA0.5PbI3 QD. L'image est visualisée le long de l'axe de zone cubique [001] établi à partir de la disposition en réseau similaire à la structure cristalline cubique originale CsPbI3 (ou FAPbI3). (e–g) La vue agrandie (e), les modèles atomiques (f) et l'image HAADF-STEM à résolution atomique simulée (g) pour la région marquée d'un carré rouge en c et d. En e, les points jaunes représentent la colonne d'atomes dans la zone avec une distribution de contraste uniforme ; les points roses et bleus (les points roses représentent les atomes à contraste élevé et les points bleus représentent les atomes à faible contraste) représentent les colonnes d'atomes dans la zone avec une distribution de contraste distincte. Toutes les images STEM expérimentales des échantillons contenant FA sont déformées en raison de la décomposition de la structure cristalline locale de FAPbI3 à PbI2 sous éclairage par faisceau d'électrons. h, L'image HAADF-STEM à résolution atomique simulée. je, Les modèles atomiques pour la vue originale de Cs0.5FA0.5PbI3 QD le long de l'axe de la zone [001] après reconstruction. j, La structure cristalline établie du Cs1−xFAxPbI3 QD. Barre d'échelle, 10 (e, g, h). Crédit :Hao et al.

    Des travaux de recherche antérieurs ont mis en évidence le potentiel des matériaux pérovskites pour le développement de plusieurs outils technologiques, dont le photovoltaïque (PV) et l'optoélectronique. Les matériaux de pérovskite aux halogénures de plomb organiques-inorganiques traités en solution se sont avérés particulièrement prometteurs, en particulier ceux avec une formulation ABX commune, où A est un cation organique, B est le plomb (Pb) ou l'étain (Sn) et X est un halogénure.

    Ces matériaux présentent plusieurs propriétés optoélectroniques avantageuses, incluant un grand coefficient d'absorption, une longue longueur de diffusion des porteurs et une faible énergie de dissociation des excitons. Il a été récemment découvert que les cellules solaires constituées de ces matériaux atteignaient des rendements de conversion d'énergie (PCE) équivalents ou supérieurs à ceux des cellules solaires plus conventionnelles en silicium, tellurure de cadmium et séléniure de cuivre-indium-gallium.

    Malgré leurs avantages, les cellules solaires faites de pérovskites avec une formulation ABX commune peuvent avoir un certain nombre de limitations, y compris la dégradation rapide. L'une des compositions à base de pérovskite les plus prometteuses en termes de stabilité, CS 1 fois FA X PbI 3 , a également été trouvé pour entraîner des cellules solaires présentant de grandes pertes de tension en circuit ouvert, ce qui a jusqu'à présent empêché sa mise en œuvre à plus grande échelle.

    Des chercheurs de l'Université du Queensland, L'Université de Swansea et d'autres institutions dans le monde ont récemment proposé une nouvelle stratégie qui pourrait permettre la création de cellules solaires plus fiables en CS 1 fois FA X PbI 3 , aider à surmonter certaines des lacunes signalées dans les études antérieures. Cette stratégie, présenté dans un article publié dans Énergie naturelle , permet la synthèse contrôlable de CS 1 fois FA X PbI 3 matériaux, qui jusqu'à présent s'est avéré très difficile.

    « Le système de pérovskite au triiodure de plomb mixte césium et formamidinium (CS 1 fois FA X PbI 3 ) sous forme de points quantiques (QDs) offre une voie vers le photovoltaïque et l'optoélectronique stables à base de pérovskite, " les chercheurs ont écrit dans leur article. " Cependant, il reste difficile de synthétiser de tels QD multinaires avec des propriétés souhaitables pour les cellules solaires QD haute performance (QDSC)."

    Les chercheurs ont essentiellement proposé une stratégie qui peut être utilisée pour synthétiser des CS à cations mixtes 1 fois FA X PbI 3 matériaux et contrôler certaines de leurs propriétés afin de pouvoir les utiliser pour fabriquer des cellules solaires à haute performance et stabilité. Dans leurs expériences, cette stratégie leur a permis d'identifier une version particulière du matériel, à savoir Cs 0,5 FA 0,5 PbI 3 avec un PCE remarquable de 16,6 % et une hystérésis négligeable.

    L'équipe a utilisé ce matériau pour créer des appareils QD et a mené une série de tests évaluant leurs performances. Remarquablement, les dispositifs présentaient une photostabilité comparable à celle des matériaux en couches minces, conservant 94 % de leur PCE d'origine sous un seul éclairage solaire continu sur une période de 600 heures.

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