Les scientifiques des matériaux de l'UCLA et leurs collègues ont découvert que les pérovskites, une classe de matériaux prometteurs qui pourraient être utilisés à faible coût, cellules solaires et LED haute performance, ont un composant moléculaire auparavant inutilisé qui peut affiner davantage la propriété électronique des pérovskites.

Nommé d'après le minéralogiste russe Lev Perovski, les matériaux pérovskites ont une structure en réseau cristallin de molécules inorganiques comme celle de la céramique, ainsi que des molécules organiques qui sont entrelacées tout au long. Jusqu'à maintenant, ces molécules organiques semblaient n'avoir qu'une fonction structurelle et ne pouvaient pas contribuer directement aux performances électroniques des pérovskites.

Dirigé par l'UCLA, une nouvelle étude montre que lorsque les molécules organiques sont conçues correctement, ils peuvent non seulement maintenir la structure du réseau cristallin, mais aussi contribuer aux propriétés électroniques des matériaux. Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour améliorer la conception de matériaux qui conduiront à de meilleures cellules solaires et LED. L'étude détaillant la recherche a été récemment publiée dans Science .

"C'est comme trouver un vieux chien qui peut jouer de nouveaux tours, " dit Yang Yang, le professeur d'ingénierie Carol et Lawrence E. Tannas Jr. à la UCLA Samueli School of Engineering, qui est le chercheur principal de la recherche. « En science des matériaux, nous regardons jusqu'à la structure atomique d'un matériau pour des performances efficaces. Nos post-doctorants et étudiants diplômés n'ont rien pris pour acquis et ont creusé plus profondément pour trouver une nouvelle voie."

Afin de fabriquer un matériau pérovskite plus performant, les chercheurs ont incorporé une molécule organique spécialement conçue, un ammonium organique contenant du pyrène. Sur son extérieur, la molécule d'ammonium chargée positivement reliée à des molécules de pyrène, un quadruple cycle d'atomes de carbone. Cette conception moléculaire offrait une accordabilité électronique supplémentaire des pérovskites.

"La propriété unique des pérovskites est qu'elles ont l'avantage de semi-conducteurs inorganiques de haute performance, ainsi qu'une aptitude au traitement facile et peu coûteuse des polymères, " a déclaré Rui Wang, co-auteur principal de l'étude, un chercheur postdoctoral de l'UCLA en science et ingénierie des matériaux. "Ce matériau pérovskite nouvellement amélioré offre désormais des opportunités pour des concepts de conception améliorés avec une meilleure efficacité."

Pour démontrer l'efficacité supplémentaire des pérovskites, l'équipe a construit un prototype de cellule photovoltaïque (PV) avec les matériaux, puis testé sous une lumière continue pendant 2, 000 heures. La nouvelle cellule a continué à convertir la lumière en énergie à 85 % de son efficacité d'origine. Cela contraste avec une cellule photovoltaïque faite des mêmes matériaux, mais sans la molécule organique modifiée ajoutée, qui n'a conservé que 60% de son efficacité d'origine.