Comprendre comment les charges électriques se comportent à l’intérieur des pérovskites pourrait aider à améliorer leurs performances

Photophysique pérovskite éclairante

Bien que l’efficacité des cellules solaires à pérovskite se soit considérablement améliorée au cours de la dernière décennie, il existe encore relativement peu de recherches sur la photophysique fondamentale de leur fonctionnement. Crédit : © 2022 KAUST ; Anastasie Serin.

Une vue détaillée du comportement des charges électriques à l’intérieur des pérovskites pourrait guider les efforts visant à améliorer les performances des cellules solaires de nouvelle génération basées sur ces matériaux, selon une étude de KAUST publiée dans Communication Nature a montré.

Lorsque la lumière frappe une pérovskite, elle excite des électrons chargés négativement et laisse des “trous” chargés positivement dans la structure cristalline du matériau. Ces électrons et trous peuvent ensuite se déplacer à travers la pérovskite pour générer un courant électrique. Mais les porteurs de charge pourraient également se recombiner à la place, ce qui gaspille l’énergie qu’ils transportent.

“L’efficacité des cellules solaires à pérovskite a été considérablement améliorée au cours de la dernière décennie, mais la recherche fondamentale sur leur photophysique est relativement en retard”, déclare Ming-Cong Wang du KAUST Solar Center, qui fait partie de l’équipe à l’origine des travaux. “L’une des choses qui ne sont pas claires est la façon dont les porteurs de charge se comportent avant de se recombiner.”

Certains des ions qui composent le réseau cristallin de la pérovskite peuvent aider à localiser les électrons et les trous dans différentes régions, ce qui les empêche de se recombiner et prolonge leur durée de vie. Cependant, cette localisation tend également à rendre les porteurs de charge moins mobiles, ce qui peut nuire aux performances de la cellule solaire. Comprendre ces effets pourrait aider les chercheurs à affiner la composition des pérovskites et à renforcer leur capacité à générer de l’électricité à partir de la lumière du soleil.





Crédit : FILE Research

L’équipe a étudié deux aspects différents du comportement des porteurs de charge dans des films minces d’une pérovskite prometteuse connue sous le nom de CsFAMA (une pérovskite à halogénures mixtes à trois cations contenant du césium). Tout d’abord, ils ont utilisé une série de brèves impulsions laser pour exciter les porteurs de charge, puis les ont examinés quelques picosecondes (trillionièmes de seconde) plus tard. Ils ont découvert qu’à mesure que la densité des porteurs de charge augmentait, elle rétrécissait linéairement l’écart d’énergie dont les électrons avaient besoin pour sauter lorsqu’ils étaient excités par la lumière entrante. Ceci est différent du comportement des semi-conducteurs conventionnels, dit Wang.

Ensuite, l’équipe a utilisé une forme de micro-ondes à haute intensité, appelée rayonnement térahertz, pour étudier la façon dont les porteurs de charge se déplaçaient. Cela a montré qu’à mesure que la densité des porteurs de charge augmente, ils sont plus susceptibles de se coller à un endroit particulier. “Les porteurs de charge sont plus localisés à des densités plus élevées”, explique Frédéric Laquai, qui dirigeait l’équipe.

Les chercheurs pensent que ces deux observations ont la même cause profonde. Lorsque la lumière frappe la pérovskite, elle peut provoquer de petites distorsions rapides dans le réseau d’ions qui affectent le comportement des porteurs de charge. D’autres chercheurs ont également observé très récemment de telles fluctuations de réseau dans les pérovskites, ce qui appuie les résultats.


Les défauts des cellules solaires en pérovskite piègent les porteurs de charge puis les libèrent à nouveau


Plus d’information:
Mingcong Wang et al, Amélioration photo-induite des fluctuations du réseau dans les pérovskites aux halogénures métalliques, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-28532-0

Fourni par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah

Citation: Comprendre comment les charges électriques se comportent à l’intérieur des pérovskites pourrait aider à améliorer leurs performances (20 avril 2022) récupéré le 20 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-electrical-perovskites.html

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