Des scientifiques japonais ont trouvé une nouvelle façon de détecter l'efficacité des semi-conducteurs cristallins. Pour la toute première fois, l'équipe a utilisé un type spécifique de spectroscopie de photoluminescence, un moyen de détecter la lumière, caractériser les semi-conducteurs. L'énergie lumineuse émise a été utilisée comme indicateur de la qualité du cristal. Cette méthode aboutit potentiellement à des diodes électroluminescentes (DEL) et des cellules solaires plus efficaces. En outre, il pourrait inaugurer plusieurs autres avancées en électronique.

La recherche, Publié dans Matériaux APL le 31 juillet 2019, implique des cristaux appelés pérovskites aux halogénures de plomb, des types uniques de matériaux dotés de structures efficaces pour les performances des cellules solaires. Les cristaux sont constitués d'un matériau organique imbriqué avec un inorganique. Les pérovskites sont des matériaux semi-conducteurs qui ont de nombreuses applications. Ils sont plus efficaces et beaucoup plus faciles et moins chers à fabriquer que les cellules solaires commerciales standard.

Par ailleurs, ces cristaux prometteurs pourraient également conduire à de nouveaux affichages électroniques, capteurs et autres dispositifs activés par la lumière, apporter une efficacité accrue à moindre coût aux fabricants d'optoélectroniques qui exploitent la lumière. En outre, ces cristaux ont le potentiel de récolter l'énergie solaire. La plupart des cellules solaires sont fabriquées avec des cristaux de silicium, un matériau relativement simple et efficace à traiter. Cependant, Les dispositifs à base de pérovskite sont susceptibles d'offrir des rendements de conversion plus élevés que le silicium.

"Pour le développement ultérieur des dispositifs à base de pérovskite, il est essentiel d'évaluer quantitativement l'efficacité absolue dans des cristaux de pérovskite de haute qualité sans supposer qu'un modèle physique prédéfini est d'une importance particulière, " a déclaré l'auteur correspondant Kazunobu Kojima, Professeur agrégé à l'Université du Tohoku, Japon. "Notre méthode est nouvelle et unique car les méthodes précédentes reposaient sur l'estimation de l'efficacité par des analyses de photoluminescence dépendantes du modèle."

Comprendre la photoluminescence est important pour concevoir des dispositifs qui contrôlent, générer ou détecter de la lumière, y compris les cellules solaires, LED et capteurs de lumière. Jusque là, ces détections se sont largement appuyées sur la modélisation théorique comme moyen de prédire l'efficacité des semi-conducteurs à base de pérovskite. Pour cette recherche, les auteurs ont mis en œuvre une technique qu'ils avaient initialement proposée en 2016 appelée spectroscopie de photoluminescence omnidirectionnelle ou "spectroscopie ODPL". La procédure est un sans contact, méthode non destructive pour sonder la structure électronique des cristaux dans toutes les directions, leur permettant de quantifier facilement et rapidement les propriétés des cristaux.

Une prochaine étape importante consiste à mettre en œuvre la spectroscopie ODPL pour étudier différents types de matériaux pérovskites. Cela peut conduire à une meilleure compréhension des semi-conducteurs à base de cristaux ainsi qu'à des semi-conducteurs plus efficaces. Les auteurs déclarent que leurs futures études se concentreront à la fois sur l'augmentation de l'efficacité des cristaux et sur leur unification dans tous les domaines des matériaux.