Une équipe de chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a récemment fait une découverte encourageante dans le domaine des cellules solaires. Ils ont montré qu’il est possible de stabiliser l’α-FAPbI3, un matériau cubique à structure pérovskite très performant pour les cellules solaires, mais métastable à température ambiante.
En incorporant des ions pseudo-halogénures comme le thiocyanate (SCN-) dans sa structure, les chercheurs sont parvenus à préserver la phase α recherchée.
Stabilisation d’un matériau prometteur grâce aux ions pseudo-halogénures
L’α-FAPbI3 est un solide cristallin à structure pérovskite cubique. Il possède des propriétés photo-physiques remarquables, avec un rendement de conversion de 25,8% et une bande interdite de 1,48 eV. Ces caractéristiques en font un matériau très intéressant pour les cellules solaires.
Cependant, l’α-FAPbI3 est métastable à température ambiante. Il peut subir une transition de phase vers la phase δ moins performante, sous l’effet de l’humidité ou de la lumière. La préservation de la phase α est donc cruciale en vue d’applications concrètes.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont introduit des ions pseudo-halogénures de thiocyanate (SCN-) dans la structure. Ils ont montré que ces ions permettent de stabiliser efficacement la phase α recherchée.
Nouvelles perspectives pour l’ingénierie des joints de grains
L’analyse structurale a révélé la formation d’une superstructure pseudo-cubique originale α’, thermodynamiquement stable à température ambiante. Sa bande interdite de 1,91 eV reste intéressante pour les cellules solaires.
Selon les chercheurs, la présence de défauts ordonnés dans la phase α’ favorise la transition de phase δ → α en abaissant la température de transition. Les motifs défectueux aux joints de grains permettraient de stabiliser la phase α par épitaxie.
Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’ingénierie des joints de grains et des défauts, afin de développer de nouveaux matériaux photovoltaïques stables et performants. Ils pourraient contribuer à l’avènement d’une économie solaire durable.
En synthèse
Cette étude révèle le potentiel de l’ingénierie des joints de grains et des ions pseudo-halogénures pour stabiliser des matériaux prometteurs comme l’α-FAPbI3. Bien que des travaux restent à faire, ces avancées ouvrent la voie au développement de cellules solaires cubiques performantes et stables. À terme, elles pourraient contribuer à rendre l’énergie solaire plus compétitive et durable.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’α-FAPbI3 et quel est son intérêt ?
L’α-FAPbI3 est un matériau cristallin prometteur pour les cellules solaires grâce à ses excellentes propriétés optiques et son rendement de conversion de 25,8%. Cependant, il est métastable à température ambiante.
Comment les chercheurs ont-ils stabilisé l’α-FAPbI3 ?
Ils ont incorporé des ions pseudo-halogénures de thiocyanate dans la structure cristalline. Cela a permis de stabiliser efficacement la phase α métastable.
Quelle nouvelle phase ont-ils obtenue ?
Ils ont obtenu une nouvelle phase α’ thermodynamiquement stable, avec une superstructure originale et une bande interdite de 1,91 eV.
Comment cette phase stabilise-t-elle l’α-FAPbI3 ?
Ses défauts ordonnés aux joints de grains permettent une stabilisation épitaxiale de la phase α recherchée.
Quelles perspectives cela ouvre-t-il ?
Cela ouvre des perspectives pour l’ingénierie des défauts et des joints de grains, afin de développer de nouveaux matériaux photovoltaïques stables et efficaces.
DOI : http://dx.doi.org/10.1021/jacs.3c05390
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