Une méthode de synthèse révolutionnaire améliore la stabilité des cellules solaires
Un processus développé par les ingénieurs et collaborateurs de Rice produit des couches de cristaux de pérovskite aux halogénures 2D d’une épaisseur et d’une pureté idéales grâce au contrôle dynamique du processus de cristallisation – une étape clé pour garantir la stabilité des dispositifs optoélectroniques et photovoltaïques. Crédit : Jeff Fitlow/Université Rice
L’efficacité des cellules solaires a grimpé en flèche ces dernières années grâce à des matériaux captant la lumière comme les pérovskites aux halogénures, mais la capacité de les produire de manière fiable à grande échelle reste un défi.
Un processus développé par Aditya Mohite, ingénieur chimiste et biomoléculaire de l’Université Rice, et ses collaborateurs de l’Université Northwestern, de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université de Rennes, produit des couches semi-conductrices 2D à base de pérovskite d’une épaisseur et d’une pureté idéales en contrôlant la température et la durée du processus de cristallisation.
Connu sous le nom de confinement spatial à contrôle cinétique, le processus pourrait contribuer à améliorer la stabilité et à réduire le coût des technologies émergentes à base de pérovskite aux halogénures comme l’optoélectronique et le photovoltaïque.
« La production de cristaux de pérovskite 2D avec des épaisseurs de couche – ou épaisseur de puits quantique, également connue sous le nom de » valeur n « – supérieure à deux constitue un goulot d’étranglement majeur », a déclaré Jin Hou, titulaire d’un doctorat. étudiant à la George R. Brown School of Engineering de Rice, qui est l’un des principaux auteurs d’une étude sur le processus publiée dans Synthèse naturelle. « Une valeur n supérieure à quatre signifie que les matériaux ont une bande interdite plus étroite et une conductivité électrique plus élevée, un facteur crucial pour une application dans les appareils électroniques. »
Au fur et à mesure qu’ils se transforment en cristaux, les atomes ou les molécules s’organisent en réseaux réguliers et hautement organisés. La glace, par exemple, a 18 arrangements atomiques ou phases possibles. Comme les atomes d’hydrogène et d’oxygène dans la glace, les particules qui composent les pérovskites halogénures peuvent également former plusieurs arrangements de réseau. Étant donné que les propriétés des matériaux dépendent de la phase, les scientifiques visent à synthétiser des couches de pérovskite aux halogénures 2D ne présentant qu’une seule phase.
Le problème, cependant, est que les méthodes de synthèse traditionnelles pour les pérovskites 2D à valeur n plus élevée génèrent une croissance cristalline inégale, ce qui a un impact sur la fiabilité des performances du matériau.
« Dans les méthodes traditionnelles de synthèse de pérovskite 2D, vous obtenez des cristaux avec des phases mixtes en raison du manque de contrôle sur la cinétique de cristallisation, qui est essentiellement l’interaction dynamique entre la température et le temps », a expliqué Hou. « Nous avons conçu un moyen de ralentir la cristallisation et d’ajuster progressivement chaque paramètre cinétique pour atteindre le point idéal pour une synthèse en phase pure. »
En plus de concevoir une méthode de synthèse permettant d’obtenir une augmentation progressive de la valeur n dans les pérovskites aux halogénures 2D, les chercheurs ont également créé une carte (diagramme de phases) du processus par caractérisation, spectroscopie optique et apprentissage automatique.
« Ce travail repousse les limites de la synthèse de pérovskites 2D à puits quantiques supérieurs, ce qui en fait une option viable et stable pour une variété d’applications », a déclaré Hou.
« Nous avons développé une nouvelle méthode pour améliorer la pureté des cristaux et résolu une question de longue date dans le domaine sur la façon d’approcher la synthèse de cristaux à haute valeur n et à phase pure », a déclaré Mohite, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire. et la science des matériaux et la nano-ingénierie dont le laboratoire a mis au point diverses méthodes pour améliorer la qualité et les performances des semi-conducteurs aux halogénures pérovskites, depuis l’étalonnage de l’étape initiale de cristallisation jusqu’au réglage fin de la conception du solvant.
« Cette percée en recherche est essentielle pour la synthèse de pérovskites 2D, qui sont la clé pour atteindre une stabilité commercialement pertinente pour les cellules solaires et pour de nombreuses autres applications de dispositifs optoélectroniques et d’interactions fondamentales entre la lumière et la matière », a ajouté Mohite.
Plus d’information:
Jin Hou et al, Synthèse de cristaux de pérovskite 2D via transformation progressive de l’épaisseur du puits quantique, Synthèse naturelle (2023). DOI : 10.1038/s44160-023-00422-3
Fourni par l’Université Rice
Citation: Une méthode de synthèse révolutionnaire améliore la stabilité des cellules solaires (26 octobre 2023) récupéré le 26 octobre 2023 sur
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