En synthétisant un matériau semi-conducteur contenant des nanoparticules à base d'étain connues sous le nom de points quantiques, une équipe internationale de chercheurs, dont KAUST, a réalisé une impressionnante conversion de puissance lumineuse. Crédit :KAUST/Heno Hwang
De minuscules cristaux, connus sous le nom de points quantiques, ont permis à une équipe internationale d'atteindre une efficacité quantique supérieure à 100 % dans le photocourant généré dans un semi-conducteur hybride inorganique-organique.
Les pérovskites sont des semi-conducteurs passionnants pour les applications de collecte de lumière et ont déjà montré des performances impressionnantes dans les cellules solaires. Mais des améliorations de l'efficacité de la photo-conversion sont nécessaires pour étendre cette technologie à un marché plus large.
La lumière se présente sous forme de paquets d'énergie appelés photons. Lorsqu'un semi-conducteur absorbe un photon, l'énergie électromagnétique est transférée à un électron chargé négativement et à son homologue chargé positivement, appelé trou. Un champ électrique peut balayer ces particules dans des directions opposées, permettant ainsi à un courant de circuler. C'est le fonctionnement de base d'une cellule solaire. Cela peut sembler simple, mais optimiser l'efficacité quantique, ou obtenir autant de paires électron-trou que possible à partir des photons entrants, est un objectif de longue date.
Une cause d'inefficacité est que si le photon a plus d'énergie qu'il n'en faut pour créer la paire électron-trou, l'excès d'énergie est généralement perdu sous forme de chaleur. Mais les nanomatériaux offrent une solution. De petites particules, telles que des nanocristaux ou des points quantiques, peuvent convertir des photons à haute énergie en plusieurs paires électron-trou.
Jun Yin et Omar Mohammed de KAUST ont travaillé avec Yifan Chen et Mingjie Li de l'Université polytechnique de Hong Kong et leurs collègues pour démontrer cette soi-disant génération d'excitons multiples (MEG) dans des nanocristaux de pérovskite aux halogénures d'étain et de plomb. "Nous avons démontré une efficacité quantique du photocourant dépassant 100 % en exploitant le MEG dans les dispositifs à nanocristaux de pérovskite", déclare Yin.
Dans le passé, le MEG a été observé dans les nanocristaux de pérovskite à large bande interdite :c'est-à-dire les semi-conducteurs qui ne peuvent absorber que des photons à haute énergie.
Les matériaux à bande interdite plus étroite présentent un plus grand défi car les paires électron-trou excitées se détendent ou se refroidissent trop rapidement pour être extraites dans un dispositif de cellule solaire fonctionnel. "Le MEG efficace dans les nanocristaux de pérovskite à bande interdite et la vérification de leur MEG inhérent dans les dispositifs optiques pratiques n'ont pas été rapportés", déclare Yin.
Chen, Yin et l'équipe ont synthétisé un matériau semi-conducteur composé de minuscules particules de perovskite d'iodure de plomb et d'étain de formamidinium, fabriquées à partir de petites quantités d'étain, incorporées dans du FAPbI3 sans étain. . L'équipe pense que l'introduction de l'étain contribue à ralentir le "refroidissement". "Nous serons en mesure d'optimiser davantage le nanocristal de pérovskite en modifiant sa composition pour obtenir des performances MEG plus élevées et améliorer la conversion de la lumière en puissance", déclare Yin.
La recherche a été publiée dans Nature Photonics . Aider les semi-conducteurs à trouver un moyen plus frais de se détendre
