Les progrès récents de la technologie des cellules solaires utilisent des films de pérovskite polycristalline comme couche active, avec une augmentation de l'efficacité allant jusqu'à 24,2 %. Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques sont particulièrement réussies, et ils ont été utilisés dans des dispositifs optoélectroniques, notamment des cellules solaires, photodétecteurs, diodes électroluminescentes et lasers.

Mais la surface des pérovskites hybrides est sujette aux défauts de surface, ou pièges de surface, où les porteurs de charge sont piégés dans le matériau semi-conducteur. Pour résoudre ce problème et réduire le nombre de pièges, la surface cristalline doit être passivée.

Avant utilisation, les pérovskites peuvent être traitées avec des solutions chimiques, vapeurs et gaz atmosphériques pour éliminer les défauts qui rendent le matériau moins efficace. La benzylamine est une molécule particulièrement efficace à cet effet. Une compréhension détaillée des mécanismes physiques et chimiques par lesquels ces traitements fonctionnent est la clé pour augmenter la collection de porteurs de charge dans les cellules solaires.

Dans leur article de cette semaine Examens de physique appliquée , les auteurs décrivent leurs travaux en testant des cristaux de pérovskite hybride organique-inorganique traités avec de la benzylamine pour étudier les mécanismes par lesquels la surface du cristal est passivée, et les états de pièges sont réduits.

« Cette molécule a été utilisée dans les champs polycristallins des cellules solaires, et les gens ont démontré que les cellules solaires ont été améliorées, " a déclaré l'auteur Maria A. Loi. "Nous voulions étudier, dans un système propre, pourquoi les cellules solaires s'amélioraient et comprenez pourquoi l'ajout de cette molécule rend les appareils meilleurs."

Les expériences ont révélé que la benzylamine pénètre à la surface du cristal pour créer un nouveau matériau bidimensionnel - pérovskite 2-D - à la surface du cristal tridimensionnel. Là où la version 2D se forme et se détache plus tard de la surface, un motif de gravure en terrasse se produit.

"Le but principal était de passiver la surface pour réduire les états de défaut, " dit Loi. " A notre grande surprise, nous avons découvert que la surface a été modifiée, ce qui n'était pas un mécanisme attendu. Les gens rapportent que cette molécule peut améliorer la qualité des appareils, mais personne ne l'a signalé, en réalité, il créait une couche bidimensionnelle et pouvait également restructurer le matériau."

Les auteurs ont également découvert que la combinaison de benzylamine et de gaz atmosphériques est la plus efficace pour la passivation. Cela pourrait signifier, Loi a dit, qu'il existe plus d'un type d'état de déroutement. Une étude plus approfondie de plusieurs types d'états de piège pourrait permettre un réglage précis des mécanismes impliqués dans la préparation de cristaux pour des dispositifs optoélectroniques efficaces.