L'unité Matériaux énergétiques et science des surfaces de l'OIST étudie les cellules solaires à pérovskite, qui sont formés en superposant des composés de pérovskite sur d'autres matériaux comme le verre. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
Les composés polyvalents appelés pérovskites sont appréciés pour leur application dans les technologies d'énergie solaire de nouvelle génération. Malgré leur efficacité et leur prix relativement bas, les appareils à pérovskite doivent encore être perfectionnés; ils contiennent souvent des défauts structurels au niveau atomique.
Le professeur Yabing Qi et son équipe dans l'unité Matériaux énergétiques et sciences des surfaces de l'OIST, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Pittsburgh, NOUS., ont, pour la première fois, caractérisé les défauts structurels qui provoquent le mouvement des ions, déstabilisant les matériaux pérovskites. Les découvertes des chercheurs, Publié dans ACS Nano , peut éclairer les futures approches d'ingénierie pour optimiser les cellules solaires à pérovskite.
"Pendant longtemps, les scientifiques savent que des défauts structurels existent, mais ne comprenaient pas leur nature chimique précise, " a déclaré Collin Stecker, un doctorat OIST. étudiant et premier auteur de l'étude. "Notre étude se penche sur les caractéristiques fondamentales des matériaux pérovskites pour aider les ingénieurs d'appareils à les améliorer davantage."
Problèmes au niveau de la surface
Les composés pérovskites partagent une structure unique qui les rend utiles en électronique, ingénierie, et photovoltaïque. Ils sont exceptionnels pour absorber la lumière, ainsi que la génération et le transport de porteurs de charge responsables du courant dans les matériaux semi-conducteurs. La mise en sandwich des matériaux de pérovskite entre d'autres couches fonctionnelles forme des cellules solaires à pérovskite. Cependant, des défauts dans la couche de pérovskite peuvent perturber le transfert de charge entre la pérovskite et les couches adjacentes de la cellule, entravant les performances et la stabilité globales de l'appareil.
Cette image d'une surface de pérovskite montre le déplacement des ions à travers la surface, et les vacances à l'origine de ces mouvements. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
Pour comprendre les propriétés électroniques et dynamiques de ces défauts pérovskites, les chercheurs de l'OIST ont utilisé une méthode appelée microscopie à effet tunnel pour prendre des images haute résolution des mouvements d'ions individuels sur les surfaces de pérovskite.
En analysant ces images, Stecker et ses collègues ont remarqué des groupes d'espaces vacants sur les surfaces où des atomes manquaient. En outre, ils ont vu que des paires d'ions Br- (bromure) sur les surfaces de pérovskite se déplaçaient et changeaient de direction. Les collaborateurs des chercheurs de l'Université de Pittsburgh ont effectué une série de calculs théoriques pour modéliser les voies empruntées par ces ions, à l'appui de ces observations expérimentales.
Les scientifiques de l'OIST ont conclu que les lacunes de surface provoquaient probablement le déplacement de ces ions à travers les matériaux de pérovskite. Comprendre ce mécanisme de mouvement des ions pourrait plus tard aider les scientifiques et les ingénieurs à atténuer les conséquences structurelles et fonctionnelles de ces défauts.
Les chercheurs ont reconnu que, bien que les pérovskites soient des alternatives prometteuses au silicium largement utilisé, la technologie doit être affinée avant d'être commercialisée.
"Ces surfaces de pérovskite sont beaucoup plus dynamiques que nous ne l'avions anticipé, " dit Stecker. " Maintenant, avec ces nouvelles découvertes, nous espérons que les ingénieurs pourront mieux tenir compte de l'effet des défauts et de leur mouvement afin d'améliorer les appareils. »
