Une étude menée pour la première fois par la KU Leuven explique comment un type prometteur de pérovskites, des cristaux artificiels capables de convertir la lumière du soleil en électricité, peut être stabilisé. Par conséquent, les cristaux deviennent noirs, leur permettant d'absorber la lumière du soleil. Cela est nécessaire pour pouvoir les utiliser dans de nouveaux panneaux solaires faciles à fabriquer et très efficaces. L'étude a été publiée dans Science .

Les pérovskites sont des matériaux semi-conducteurs qui ont de nombreuses applications. Ils sont particulièrement prometteurs dans la récolte de l'énergie solaire. Actuellement, la plupart des cellules solaires sont faites de cristaux de silicium, un matériau relativement simple et efficace à traiter à cette fin. Cependant, Les dispositifs à base de pérovskite offrent des rendements de conversion plus élevés que le silicium. Seul problème :certaines des pérovskites les plus prometteuses, à savoir le triiodure de plomb césium (CsPbI 3 ), sont très instables à température ambiante. Dans ces conditions, ils ont une couleur jaune, car les atomes dans le cristal ne forment pas une structure pérovskite. Pour que les cristaux absorbent efficacement la lumière du soleil et la transforment en électricité, ils devraient être en noir, l'état pérovskite et restez ainsi.

"Le silicium forme un très fort, cristal rigide. Si vous appuyez dessus, il ne changera pas de forme. D'autre part, les pérovskites sont beaucoup plus molles et malléables, " explique le Dr Julian Steele du KU Leuven Center for Membrane Separations, Adsorption, Catalyse, et la spectroscopie pour des solutions durables (cMACS). « Nous pouvons les stabiliser dans diverses conditions de laboratoire, mais à température ambiante, les atomes de pérovskite noire veulent vraiment remanier, changer de structure, et finalement faire virer le cristal au jaune."

Avec une équipe internationale de scientifiques, Steele a découvert qu'en liant un film mince de cellules solaires à pérovskite à une feuille de verre, les cellules peuvent obtenir et maintenir leur état noir souhaité. Le film mince est chauffé à une température de 330 degrés Celsius, provoquant l'expansion des pérovskites et leur adhérence au verre. Après chauffage, le film est rapidement refroidi à température ambiante. Ce processus fixe les atomes dans les cristaux, restreindre leurs déplacements, afin qu'ils restent dans la forme noire désirée.

« Il y a trois piliers qui déterminent la qualité des cellules solaires :le prix, stabilité, et performances. Les pérovskites obtiennent des scores élevés en termes de performances et de prix, mais leur stabilité reste un enjeu majeur, " dit Steele. Les scientifiques observaient déjà depuis plusieurs années que les pérovskites peuvent conserver leur noirceur après chauffage, mais on ne savait pas encore pourquoi. « Dans notre étude, nous avons choisi CsPbI 3 car ses performances sont très élevées, " Steel explique. " De plus, c'est l'un des types de pérovskites les plus instables, ce qui signifie qu'il est sensible à la méthode que nous décrivons, et devrait se traduire par d'autres pérovskites instables."

La plupart des données utilisées dans l'étude ont été recueillies à l'installation européenne de rayonnement synchrotron. Pour comprendre les observations expérimentales à l'échelle moléculaire, des collègues du Center for Molecular Modeling (CMM) de l'Université de Gand ont soutenu cette découverte avec des simulations théoriques des phases noire et jaune des pérovskites. Les résultats des calculs étaient nécessaires pour rationaliser la raison pour laquelle la phase noire est stabilisée lors de sa fixation sous forme de film mince sur un substrat de verre.

Comment le collage se fait exactement, est encore un mystère, bien qu'il y ait des hypothèses. "Normalement, nous prendrions un microscope avec une résolution atomique et jetterions un coup d'œil directement. Cependant, c'est impossible avec les pérovskites, comme ils sont difficiles à observer avec un instrument d'imagerie à si haute résolution, car ils sont si mous et enclins à se désagréger sous l'énergie relativement élevée des sondes communes. »

« Comprendre le fonctionnement de ce mécanisme aidera à poursuivre les recherches pour finalement développer des panneaux solaires utilisant des cristaux de pérovskite purs, " déclare Steele. " Étant donné que le niveau d'entrée pour le traitement des cellules solaires à base de pérovskite est relativement bas, ils peuvent être très bénéfiques pour les habitants des pays en développement opérant dans une infrastructure plus limitée. les pérovskites peuvent être utilisées dans les LED, capteurs photoélectriques, transistor, Détecteurs de rayons X et plus.