Cartographie d'émission PL de MA0.17FA0.83Pb(I0.5Br0.5)3 à la longueur d'onde de détection de 670 nm et 790 nm après illumination locale pendant 1 h avec une taille de faisceau de ~ 1 mm et une densité de 1 soleil sur le film nu , et sur une ouverture annulaire avec un trou d'épingle de 1 mm de diamètre et une cible d'obstruction centrale de 850 µm, respectivement. Crédit :Xiaoxiao Sun, Yong Zhang, Weikun Ge
Pérovskites aux halogénures de plomb (par exemple, MAPbI3 ) sont une famille émergente de matériaux semi-conducteurs dotés d'excellentes propriétés optoélectroniques, parfaitement adaptés aux applications photovoltaïques et électroluminescentes. Une migration ionique importante a été signalée dans ces matériaux et est l'un des principaux mécanismes responsables de l'hystérésis I-V anormale et de la mauvaise stabilité des cellules solaires à pérovskite.
En particulier, les pérovskites à halogénure mixte présentent en outre une "ségrégation" d'anion halogénure photoinduite sous un éclairage continu au-dessus de la bande interdite, et le processus est réversible lorsque l'éclairage est supprimé. Ce phénomène de ségrégation est couramment considéré comme un effet néfaste sur les applications optoélectroniques et doit être supprimé.
L'effet le plus observé de la ségrégation ionique est le décalage vers le rouge du pic de photoluminescence (PL) de la longueur d'onde attendue pour l'alliage à celle d'une composition significativement plus élevée d'iode. Il est généralement affirmé qu'un alliage uniforme MAPbI1-x Brx se séparerait en domaines riches en iode et riches en brome dans la zone éclairée.
Un certain nombre de mécanismes microscopiques ont été proposés pour expliquer le phénomène. Cependant, aucun d'entre eux ne peut expliquer sans ambiguïté tous les aspects clés du phénomène. En fait, les caractéristiques chimiques et structurelles des régions dites "riches en Br" et "riches en I" ne sont pas encore bien comprises, bien qu'elles soient implicitement supposées être simplement des alliages riches en Br et riches en I, respectivement. /P>
Dans un nouvel article publié dans Light :Science &Applications par des scientifiques de l'Empa-Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Suisse, de l'Université de Caroline du Nord à Charlotte, aux États-Unis, et de l'Université de Tsinghua, en Chine, ont découvert que la ségrégation des anions dans l'alliage d'halogénure mixte est un effet non local dont l'ion la redistribution peut se produire à une échelle macroscopique ou mésoscopique bien au-delà de la zone éclairée à une échelle proportionnelle à la taille du faisceau d'éclairage, jusqu'à bien plus de mm. Ce travail offre une toute nouvelle perspective à la ségrégation anionique "sur site" photo-induite généralement supposée dans les alliages de pérovskite à halogénure mixte.
Les auteurs déclarent que "plus précisément, nous constatons que sous éclairage, dans la zone d'éclairage, le pic PL est décalé vers le rouge par rapport à la position initiale ; tandis que simultanément, en dehors de la zone éclairée, le pic PL de l'alliage est fortement renforcé dans une zone annulaire encerclant le zone éclairée. En outre, le processus est réversible, mais non monotone, présentant des oscillations amorties à ultra-basse fréquence entre l'anneau et le centre en termes d'intensité et de position du PL."
"Ces observations surprenantes peuvent s'expliquer par le fait que les ions Br libres sont expulsés de la zone éclairée, ce qui donne une zone chargée positivement et forme simultanément un anneau riche en Br chargé négativement, les deux étant hors stoechiométrie de l'alliage d'origine. Ce phénomène peut être considéré comme une analogie ionique d'une formation d'anneau PL mésoscopique loin du site éclairé dans les puits quantiques GaAs/AlGaAs, résultant de la disparité des longueurs de diffusion des électrons et des trous et donc de leurs profils spatiaux", ont-ils ajouté.
Les auteurs suggèrent que le comportement oscillatoire particulier pourrait refléter une oscillation du plasma ionique ou du plasmon ionique, qui n'a pas été signalée dans les solides. Outre les implications plus larges au-delà du domaine des pérovskites aux halogénures, ces découvertes offrent de nouvelles perspectives sur le mécanisme sous-jacent de la ségrégation des ions dans les alliages d'halogénures mixtes, ce qui en fait pas nécessairement un phénomène indésirable à supprimer, mais quelque chose de potentiellement utile, par exemple, pour l'énergie. stockage. Comme démonstration prometteuse, une tension d'environ 0,4 V a été mesurée entre le centre et l'anneau, indiquant la possibilité d'une batterie pouvant être directement chargée par la lumière. Un chimiste cherche à comprendre pourquoi le matériau prometteur des cellules solaires se dégrade rapidement
