Les semi-conducteurs pérovskites aux halogénures métalliques peuvent concurrencer leurs homologues au silicium pour les cellules solaires, les LED

Les semi-conducteurs pérovskites aux halogénures métalliques peuvent concurrencer leurs homologues au silicium pour les cellules solaires, les LED

Cellule solaire à pérovskite à triple cation contenant du césium. Crédit : Marius Franckevicius

Le changement climatique et ses conséquences deviennent de plus en plus évidents, et les cellules solaires qui convertissent l’énergie du soleil en électricité joueront un rôle clé dans l’approvisionnement énergétique futur du monde.

Les matériaux semi-conducteurs courants pour les cellules solaires, tels que le silicium, doivent être développés via un processus coûteux pour éviter les défauts dans leur structure cristalline qui affectent la fonctionnalité. Mais les semi-conducteurs pérovskites aux halogénures métalliques apparaissent comme une classe de matériaux alternative moins chère, avec une fonctionnalité excellente et ajustable ainsi qu’une aptitude au traitement facile.

Dans Matériaux APL les chercheurs présentent une feuille de route pour les semi-conducteurs et les dispositifs hybrides pérovskites organiques-inorganiques.

Les semi-conducteurs pérovskites peuvent être traités à partir d’une solution et une encre semi-conductrice peut être enduite ou simplement peinte sur des surfaces pour former le film souhaité. Cela peut être incorporé dans des dispositifs à semi-conducteurs, tels que des cellules solaires ou des diodes électroluminescentes.

« Pendant de nombreuses années, les semi-conducteurs traités en solution ont été considérés comme incapables de fournir la même fonctionnalité que les semi-conducteurs cristallins spécialement développés », a déclaré Lukas Schmidt-Mende, co-auteur de l’Université de Constance en Allemagne. « La raison derrière cette réflexion était que le traitement simple de la solution conduirait intrinsèquement à un nombre relativement élevé de défauts dans la structure cristalline formée, ce qui peut affecter négativement sa fonctionnalité. »

Il s’avère que les pérovskites hybrides organiques-inorganiques sont très tolérantes aux défauts. Les défauts formés après le traitement n’influencent pas considérablement la fonctionnalité de l’appareil, et pour la première fois, les pérovskites hybrides permettent des appareils efficaces traités en solution.

« Nous pouvons simplement modifier la composition chimique de la pérovskite pour régler sa bande interdite, ce qui nous permet de modifier le profil d’absorption », a déclaré Schmidt-Mende. « Cela peut être utilisé pour préparer des diodes électroluminescentes à différentes longueurs d’onde ou pour régler le matériau pérovskite pour les cellules solaires en tandem afin d’optimiser le profil d’absorption. »

La tolérance élevée aux défauts, cependant, « a été une surprise qui doit être mieux comprise », a-t-il déclaré. « La compréhension des détails aidera à optimiser davantage le matériau, peut-être à trouver d’autres alternatives efficaces similaires et nous donnera la possibilité d’améliorer les applications basées sur les semi-conducteurs pérovskites. »

Le groupe souligne que les dispositifs à pérovskite présentent actuellement deux inconvénients majeurs.

Premièrement, les dispositifs les plus efficaces contiennent tous du plomb toxique et les efforts pour le remplacer par des éléments moins toxiques n’ont jusqu’à présent été qu’en partie couronnés de succès. Deuxièmement, les dispositifs en pérovskite ont une durée de vie réduite par rapport aux dispositifs en silicium.

« Bien que la stabilité des dispositifs à pérovskite ait considérablement augmenté au cours des dernières années, nous ne comprenons toujours pas et n’avons pas surmonté tous ses mécanismes de dégradation », a déclaré Schmidt-Mende.

De nombreux chercheurs travaillent sur des cellules solaires et, avec la possibilité de régler la bande interdite, les pérovskites sont intéressantes pour des applications en tandem où elles peuvent être combinées avec une cellule solaire au silicium établie.

« D’autres applications sont les diodes électroluminescentes, où la couleur de la lumière émise peut être ajustée en ajustant la composition chimique de la pérovskite », a déclaré Schmidt-Mende. « Comme pour les autres semi-conducteurs, la liste des applications possibles est longue, et nous commençons tout juste à comprendre ce matériau et son potentiel. »


Nouvelle feuille de route pour des cellules solaires plus performantes


Plus d’information:
Lukas Schmidt-Mende et al, Feuille de route sur les semi-conducteurs et dispositifs hybrides pérovskites organiques-inorganiques, Matériaux APL (2021). DOI : 10.1063/5.0047616

Fourni par l’Institut américain de physique

Citation: Les semi-conducteurs de pérovskite aux halogénures métalliques peuvent concurrencer leurs homologues au silicium pour les cellules solaires, les LED (2021, 26 octobre) récupérées le 26 octobre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-10-metal-halide-perovskite-semiconductors-silicon -contreparties.html

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