L’efficacité des cellules solaires a connu une augmentation significative ces dernières années grâce à des matériaux capteurs de lumière tels que les pérovskites halogénées. La capacité à les produire de manière fiable et à grande échelle reste encore un défi. Un processus développé par Aditya Mohite, ingénieur chimique et biomoléculaire à l’Université Rice, et ses collaborateurs pourrait changer la donne.
Le processus, connu sous le nom de confinement spatial contrôlé cinétiquement, a été développé par Aditya Mohite et ses collaborateurs de l’Université Northwestern, de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université de Rennes. Il permet de produire des couches de semi-conducteurs à base de pérovskite 2D d’une épaisseur et d’une pureté idéales en contrôlant la température et la durée du processus de cristallisation.
Ce processus pourrait aider à améliorer la stabilité et à réduire le coût des technologies émergentes basées sur les pérovskites halogénées, comme l’optoélectronique et la photovoltaïque.
Surmonter les défis de la synthèse des pérovskites 2D
« Produire des cristaux de pérovskite 2D avec des épaisseurs de couche – ou une épaisseur de puits quantique, également connue sous le nom de ‘valeur n’ – supérieures à deux est un goulot d’étranglement majeur », a précisé Jin Hou, étudiant en doctorat à l’école d’ingénierie George R. Brown de l’université Rice, qui est l’un des auteurs principaux d’une étude sur le processus publiée dans Nature Synthesis.
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 l’application dans les dispositifs électroniques.
Une cartographie pour une synthèse optimisée des pérovskites 2D
Outre la conception d’une méthode de synthèse permettant d’obtenir une augmentation progressive de la valeur n dans les pérovskites d’halogénure 2D, les chercheurs ont également créé une carte ⎯ ou diagramme de phase ⎯ du processus par le biais de la caractérisation, de la spectroscopie optique et de l’apprentissage automatique.
« Ce travail repousse les limites de la synthèse des pérovskites 2D à puits quantique supérieur, ce qui en fait une option viable et stable pour toute une série d’applications« , a ajouté Jin Hou.
« Nous avons mis au point une nouvelle méthode pour améliorer la pureté des cristaux et résolu une question de longue date sur la manière d’aborder la synthèse de cristaux à haute valeur n et à phase pure« , a indiqué Aditya Mohite, professeur agrégé d’ingénierie chimique et biomoléculaire et de science des matériaux et de nano-ingénierie, dont le laboratoire a été à l’origine de diverses méthodes d’amélioration de la qualité et de la performance des semi-conducteurs pérovskites halogénés, depuis le calibrage de l’étape initiale de cristallisation jusqu’à l’affinement de la conception des solvants.
« Cette percée scientifique est essentielle pour la synthèse des pérovskites 2D, qui sont la clé d’une stabilité commercialement pertinente pour les cellules solaires et pour de nombreuses autres applications optoélectroniques et interactions fondamentales de la matière lumineuse« , a conclu le prof. Mohite.
En synthèse
Le processus de confinement spatial contrôlé cinétiquement pourrait être une avancée majeure dans la production de pérovskites halogénées. En contrôlant la température et la durée du processus de cristallisation, il est possible de produire des couches de semi-conducteurs à base de pérovskite 2D d’une épaisseur et d’une pureté idéales.
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Cette avancée pourrait aider à améliorer la stabilité et à réduire le coût des technologies émergentes basées sur les pérovskites halogénées, ouvrant la voie à une utilisation plus large de ces matériaux dans l’optoélectronique et la photovoltaïque.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le confinement spatial contrôlé cinétiquement ?
C’est un processus qui permet de produire des couches de semi-conducteurs à base de pérovskite 2D d’une épaisseur et d’une pureté idéales en contrôlant la température et la durée du processus de cristallisation.
Qui a développé ce processus ?
Il a été développé par Aditya Mohite, ingénieur chimique et biomoléculaire à l’Université Rice, et ses collaborateurs à l’Université Northwestern, à l’Université de Pennsylvanie et à l’Université de Rennes.
Quels sont les avantages de ce processus ?
Il pourrait aider à améliorer la stabilité et à réduire le coût des technologies émergentes basées sur les pérovskites halogénées, comme l’optoélectronique et la photovoltaïque.
Quels sont les défis de la synthèse des pérovskites 2D ?
Produire des cristaux de pérovskite 2D avec des épaisseurs de couche supérieures à deux est un goulot d’étranglement majeur. Une valeur n supérieure à quatre signifie que les matériaux ont une bande interdite plus étroite et une conductivité électrique plus élevée, ce qui est crucial pour l’application dans les dispositifs électroniques.
Quelle est l’importance de cette recherche ?
Cette avancée pourrait aider à améliorer la stabilité et à réduire le coût des technologies émergentes basées sur les pérovskites halogénées, ouvrant la voie à une utilisation plus large de ces matériaux dans l’optoélectronique et la photovoltaïque.
Source : Aditya Mohite et ses collaborateurs de l’Université Northwestern, de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université de Rennes. Étude publiée dans Nature Synthesis.
Légende illustration principale : Un processus mis au point par les ingénieurs et les collaborateurs de Rice permet d’obtenir des couches de cristaux de pérovskite d’halogénure 2D d’une épaisseur et d’une pureté idéales grâce au contrôle dynamique du processus de cristallisation ⎯ une étape essentielle pour garantir la stabilité des dispositifs pour l’optoélectronique et le photovoltaïque. Photo by Jeff Fitlow/Rice University
