Les chercheurs ont incorporé des nanorubans de phosphorène dans de nouveaux types de cellules solaires, améliorant considérablement leur efficacité.

Les nanorubans de phosphorène (PNR) sont des brins en forme de ruban du matériau phosphoreux 2D, qui, comme le graphène, sont constitués de couches d'atomes d'une seule épaisseur d'atome. Les PNR ont été produits pour la première fois en 2019, et des centaines d'études théoriques ont prédit comment leurs propriétés pourraient améliorer toutes sortes d'appareils, y compris les batteries, les capteurs biomédicaux et les ordinateurs quantiques.

Cependant, aucune de ces propriétés excitantes prédites n'a jusqu'à présent été démontrée dans des dispositifs réels. Maintenant, pour la première fois, une équipe dirigée par des chercheurs de l'Imperial College London et de l'University College London a utilisé les PNR pour améliorer considérablement l'efficacité d'un appareil - un nouveau type de cellule solaire - démontrant que le "matériau miracle" peut en effet être à la hauteur son battage médiatique.

Les détails sont publiés aujourd'hui dans le Journal of the American Chemical Society .

Le chercheur principal, le Dr Thomas Macdonald, du Département de chimie et du Centre d'électronique transformable de l'Impériale, a déclaré :"Des centaines d'études théoriques ont prévu les propriétés intéressantes des PNR, mais aucun rapport publié n'a encore démontré ces propriétés, ou leur traduction en amélioration des performances de l'appareil.

« Nous sommes donc ravis non seulement de fournir la première preuve expérimentale des PNR en tant que voie prometteuse pour les cellules solaires hautes performances, mais également de présenter la polyvalence de ce nouveau nanomatériau pour une utilisation dans les dispositifs optoélectroniques de nouvelle génération. »

L'équipe a intégré les PNR dans des cellules solaires fabriquées à partir de pérovskites, une nouvelle classe de matériaux prometteurs, car les scientifiques peuvent facilement modifier leur interaction avec la lumière pour s'adapter à une gamme d'applications.

Contrairement aux cellules solaires à base de silicium inflexibles traditionnelles, les cellules solaires en pérovskite peuvent être fabriquées à partir de solutions liquides, ce qui facilite l'impression à faible coût en films minces et flexibles. Les nouveaux nanomatériaux, tels que les PNR, peuvent être simplement imprimés en tant que couche supplémentaire pour améliorer la fonctionnalité et l'efficacité de l'appareil.

En incluant les PNR, l'équipe a pu produire des cellules solaires en pérovskite avec une efficacité supérieure à 21 %, comparable aux cellules solaires traditionnelles en silicium. Ils ont également pu vérifier expérimentalement comment les PNR sont capables d'atteindre cette efficacité améliorée.

Ils ont montré que les PNR améliorent la « mobilité des trous ». Les "trous" sont le partenaire opposé des électrons dans le transport électrique, donc l'amélioration de leur mobilité (une mesure de la vitesse à laquelle ils se déplacent à travers le matériau) aide le courant électrique à se déplacer plus efficacement entre les couches de l'appareil.

Selon l'équipe, cette validation expérimentale de la puissance des PNR aidera les chercheurs à créer de nouvelles règles de conception pour les dispositifs optoélectroniques, ceux qui émettent ou détectent de la lumière.

Le Dr Macdonald a déclaré :"Nos résultats montrent que les propriétés électroniques fonctionnelles des PNR se traduisent effectivement par une fonctionnalité améliorée. Cela met en évidence l'importance et l'utilité réelles de ce nanomatériau récemment découvert et établit la référence pour les dispositifs optoélectroniques basés sur les PNR."

D'autres études utilisant les PNR dans les appareils permettront aux chercheurs de découvrir davantage de mécanismes permettant d'améliorer les performances. L'équipe explorera également comment la modification de la surface des nanorubans pourrait améliorer les propriétés électroniques uniques des matériaux. + Explorer plus loin

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