Les fenêtres intelligentes qui sont transparentes lorsqu'il fait sombre ou froid, mais qui s'assombrissent automatiquement lorsque le soleil est trop clair, sont des dispositifs d'économie d'énergie de plus en plus populaires. Mais imaginez que lorsque la fenêtre est obscurcie, il produit simultanément de l'électricité. Un tel matériau - un verre photovoltaïque qui est également thermochrome réversible - est une technologie verte vers laquelle les chercheurs ont longtemps travaillé, et maintenant, des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ont démontré un moyen de le faire fonctionner.

Les chercheurs du Berkeley Lab, un laboratoire national du Département de l'énergie (DOE), découvert qu'une forme de pérovskite, l'un des matériaux les plus chauds de la recherche solaire actuellement en raison de son rendement de conversion élevé, fonctionne étonnamment bien en tant que matériau semi-conducteur stable et photoactif qui peut être commuté de manière réversible entre un état transparent et un état non transparent, sans dégrader ses propriétés électroniques.

La recherche, dirigé par Peidong Yang de la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab, a été publié cette semaine dans la revue Matériaux naturels dans une étude intitulée, "Cellules solaires thermochromes à halogénure pérovskite." Les auteurs principaux étaient Jia Lin, Minliang Lai, et Létian Dou, tous dans le groupe de recherche de Yang.

Les scientifiques ont fait la découverte en étudiant la transition de phase du matériau, une pérovskite inorganique. "Cette classe de pérovskite aux halogénures inorganiques a une chimie de transition de phase étonnante, " dit Yang, qui est également professeur dans les départements de chimie de l'UC Berkeley, et la science et l'ingénierie des matériaux. "Il peut essentiellement changer d'une structure cristalline à une autre lorsque nous modifions légèrement la température ou introduisons un peu de vapeur d'eau."

Lorsque le matériau change de structure cristalline, il passe de transparent à non transparent. "Ces deux états ont exactement la même composition mais des structures cristallines très différentes, " dit-il. " C'était très intéressant pour nous. Vous pouvez donc facilement le manipuler d'une manière qui n'est pas facilement disponible dans les semi-conducteurs conventionnels existants."

Les matériaux de pérovskite aux halogénures sont des composés qui ont la structure cristalline de la pérovskite minérale. Ses propriétés uniques, taux d'efficacité élevés, et la facilité de traitement en ont fait l'un des développements les plus prometteurs de la technologie solaire ces dernières années.

Des chercheurs d'un autre laboratoire du DOE, le Laboratoire National des Energies Renouvelables (NREL), a récemment fait une découverte connexe, en utilisant une réaction chimique dans une pérovskite hybride pour démontrer une fenêtre solaire commutable.

Les chercheurs du Berkeley Lab n'avaient pas à l'origine pour objectif de développer une fenêtre solaire thermochromique. Ils étudiaient les transitions de phase dans les cellules solaires à pérovskite et essayaient d'améliorer la stabilité de l'iodure de plomb méthylammonium de pérovskite hybride organique-inorganique prototype. Ils ont donc essayé d'utiliser du césium pour remplacer le méthylammonium.

"La stabilité chimique s'est considérablement améliorée, mais malheureusement la phase n'était pas stable, " dit Dou, qui était chercheur postdoctoral et est maintenant professeur adjoint à l'Université Purdue. « Cela s'est transformé en phase à faible T [température]. C'était un inconvénient, mais ensuite nous l'avons transformé en quelque chose d'unique et d'utile."

Le matériau est déclenché pour passer de la phase de faible T à la phase de T élevée (ou de transparent à non transparent) en appliquant de la chaleur. Dans le laboratoire, la température requise était d'environ 100 degrés Celsius. Yang a déclaré qu'ils travaillaient pour le ramener à 60 ° C.

Lin, un boursier postdoctoral Berkeley Lab, ladite humidité, ou l'humidité, a été utilisé en laboratoire pour déclencher la transition inverse. "La quantité d'humidité nécessaire dépend de la composition et du temps de transition souhaité, " dit-il. " Par exemple, plus de bromure rend le matériau plus stable, donc la même humidité nécessiterait plus de temps pour passer de l'état haut à l'état bas."

Les chercheurs continueront également à travailler sur le développement de moyens alternatifs pour déclencher la transition inverse, par exemple en appliquant une tension, ou l'ingénierie de la source de l'humidité.

"La cellule solaire présente des performances entièrement réversibles et une excellente stabilité de l'appareil sur des cycles de transition de phase répétés sans aucune décoloration ni dégradation des performances, " dit Lai, un étudiant diplômé du groupe de Yang. "Avec un appareil comme celui-ci, un bâtiment ou une voiture peut capter l'énergie solaire grâce à la fenêtre photovoltaïque intelligente."