Les points quantiques (QD) sont des particules semi-conductrices de quelques nanomètres seulement, grâce à leur petite taille, présentent des propriétés optiques et électroniques particulières dues à la mécanique quantique. Avec des applications existantes et prévues dans les écrans, éclairage, laser, et la récupération d'énergie, la recherche sur les points quantiques n'a cessé de progresser. En particulier, Les QD colloïdaux (CQD) sont sous les projecteurs des nanotechnologies depuis plus d'une décennie.

Les CQD sont des nanocristaux semi-conducteurs qui peuvent être produits facilement à partir de processus basés sur des solutions, ce qui les rend aptes à la production de masse. Cependant, pour que les appareils basés sur CQD fonctionnent au mieux, les points quantiques doivent être monodispersés, c'est-à-dire ils doivent tous avoir la même taille. Si leurs tailles ne sont pas égales (polydisperse), le désordre énergétique au sein du dispositif optoélectronique augmente, ce qui à son tour nuit à ses performances. Alors que certaines stratégies existent pour lutter contre la polydispersité dans les CQD, le problème est plus délicat à éviter dans les CQD à base de pérovskite (Pe-CQD), qui nécessitent une étape de purification avec un antisolvant. Cette étape conduit invariablement à l'agglomération des nanoparticules, et ultimement, grandes variations de taille entre les points quantiques.

Bien que la production de Pe-CQD monodispersés bien purifiés puisse être nécessaire pour produire des cellules solaires hautement efficaces, personne n'a soigneusement exploré la relation entre la polydispersité et les performances photovoltaïques (de conversion). Pour combler ce manque de connaissances, Dr Younghoon Kim et professeur adjoint Jongmin Choi de Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Corée, a récemment dirigé une équipe de scientifiques dans une étude publiée dans Lettres énergétiques ACS . Les chercheurs ont utilisé une technique appelée chromatographie par perméation de gel pour « filtrer » et regrouper les nanoparticules en fonction de leur taille, comme le confirment plusieurs mesures de leurs propriétés optiques ainsi que la microscopie électronique à transmission. Avec cette approche, ils ont réussi à obtenir des suspensions de Pe-CQD avec différents degrés de polydispersité.

Après, ils ont utilisé ces suspensions pour fabriquer des cellules solaires et démontrer le lien entre polydispersité et performance. Comme prévu, la suspension monodisperse a permis d'obtenir une meilleure cellule solaire grâce à son paysage énergétique homogène, ce qui a conduit à une absorption lumineuse plus élevée dans la bande de fréquence optimale. "Avec les Pe-CQD monodispersés, nos cellules solaires ont atteint un rendement de conversion de puissance de 15,3 % et une tension en circuit ouvert de 1,27 V. Ces valeurs sont les plus élevées jamais rapportées pour les Pe-CQD basés sur le CsPbI 3 , la pérovskite que nous avons utilisée, " souligne le Dr Kim.

Globalement, cette étude est un tremplin dans le domaine des cellules solaires à base de Pe-CQDs, qui doivent encore surpasser leurs homologues à base de silicium pour justifier la commercialisation. "La recherche sur les cellules solaires Pe-CQD a commencé il y a environ quatre ans, des études supplémentaires sont donc nécessaires pour améliorer les performances et la stabilité de l'appareil. Toujours, notre approche de minimisation des troubles énergétiques à l'aide de Pe-CQD monodispersés ouvre la voie à un développement plus poussé de leur potentiel dans les applications optoélectroniques, " conclut le Dr Choi.