Image au microscope confocal à balayage d'un seul cristal de pérovskite aux halogénures mixtes montrant l'émission de régions mixtes (vert) et séparées (rouge). La région centrale est exposée à une lumière intense, ce qui provoque le mélange des ions halogénures dans cette région, générant une fluorescence verte (540-570 nm). L'émission rouge (> 660 nm) provient de la pérovskite à phase séparée entraînée par le laser à balayage du microscope confocal de faible intensité. Crédit :Centre d'excellence de l'ARC en science de l'exciton
Des chercheurs australiens ont résolu un défi fondamental empêchant la large adoption des cellules solaires à pérovskite de nouvelle génération.
Pérovskites aux halogénures métalliques, une classe de matériaux hybrides organiques-inorganiques, fournir un bon marché, voie flexible et très prometteuse pour un solaire photovoltaïque efficace, ainsi que des dispositifs émetteurs de lumière et des détecteurs de rayons X rapides.
Cependant, depuis qu'il a pris de l'importance au cours de la dernière décennie, Les matériaux pérovskites ont posé aux scientifiques et aux ingénieurs plusieurs problèmes empêchant leur utilisation généralisée dans des applications commerciales.
Parmi ceux-ci se trouve la ségrégation de phase induite par la lumière, dans quel éclairage, comme la lumière du soleil, perturbe la composition soigneusement arrangée des éléments au sein des pérovskites aux halogénures mixtes.
Cela conduit à son tour à l'instabilité de la bande interdite du matériau, interférant avec les longueurs d'onde de la lumière absorbée, tout en réduisant la conduction des porteurs de charge et l'efficacité des appareils.
Maintenant, bien que, une solution improbable a été identifiée.
Les membres du Centre d'excellence de l'ARC en science Exciton ont montré que la lumière à haute intensité annulera les perturbations causées par la lumière à des intensités plus faibles, et que cette approche peut être utilisée pour contrôler activement la bande interdite du matériau.
Les résultats ont été publiés dans la revue Matériaux naturels .
Dr Chris Hall, membre de l'équipe du professeur Trevor Smith à l'Université de Melbourne, et le Dr Wenxin Mao du groupe du professeur Udo Bach à l'Université Monash, ont d'abord remarqué le potentiel d'explorer cette voie d'investigation lors d'une expérience distincte.
Réponse d'image PL microscopique à champ large à l'état stable à résolution spatiale à un gradient de densité de porteurs. Les images fluorescentes ont été enregistrées simultanément dans deux régions de longueur d'onde distinctes. L'image de gauche présente la fluorescence à 540-570nm et celle de droite montre la fluorescence à 660-690nm, qui répondent parfaitement à l'émission de phase de remixage au centre tandis que la phase ségréguée forme une émission en forme d'anneau. Crédit :Centre d'excellence de l'ARC en science de l'exciton
"C'était l'une de ces découvertes insolites dont on entend parfois parler en science, " dit Chris.
"Nous faisions une mesure, chercher autre chose, et puis nous sommes tombés sur ce processus qui à l'époque semblait assez étrange. Cependant, nous nous sommes vite rendu compte que c'était une observation importante."
Ils ont demandé l'aide du Dr Stefano Bernardi, membre du groupe du Dr Asaph Widmer-Cooper à l'Université de Sydney, qui a dirigé les travaux de modélisation informatique pour mieux comprendre leur solution surprenante au problème.
Stefano a déclaré:"Ce que nous avons trouvé, c'est que lorsque vous augmentez l'intensité d'excitation, les déformations locales dans le réseau ionique, qui étaient à l'origine de la ségrégation, commencer à fusionner. Quand cela arrive, les déformations locales qui ont conduit à la ségrégation disparaissent.
"Par une journée ensoleillée normale, l'intensité est si faible que ces déformations sont encore localisées. Mais si vous trouvez un moyen d'augmenter l'excitation au-dessus d'un certain seuil, par exemple en utilisant un concentrateur solaire, alors la ségrégation disparaît."
Les implications des résultats sont importantes, avec des chercheurs maintenant capables de conserver la composition optimale des éléments au sein des pérovskites aux halogénures mixtes lorsqu'ils sont exposés à la lumière, nécessaires à son utilisation dans les cellules solaires.
"Beaucoup de gens ont abordé ce problème en recherchant des moyens de supprimer les troubles induits par la lumière, comme regarder différentes compositions du matériau ou changer les dimensions du matériau, " dit Chris.
"Ce que nous avons montré, c'est que vous pouvez réellement utiliser le matériel dans l'état dans lequel vous voulez l'utiliser, pour une cellule solaire, tout ce que vous avez à faire est de concentrer plus de lumière dessus.
"Une extension passionnante de ce travail est que la possibilité de basculer rapidement la bande interdite avec la lumière ouvre une opportunité intéressante d'utiliser des pérovskites dans le stockage de données, " a déclaré Wenxin.
Chris a ajouté :"Nous avons fait le travail fondamental et la prochaine étape consiste à le mettre dans un appareil."
