Dans le domaine de l’énergie solaire, une équipe de chercheurs de RIKEN a fait une découverte significative sur la manière dont certains cristaux transforment la lumière en électricité. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à une utilisation plus efficace de ces cristaux dans les cellules solaires.
Les cellules solaires transforment la lumière en électricité grâce à un phénomène connu sous le nom d’effet photovoltaïque. La plupart des cellules solaires sont constituées de deux semi-conducteurs assemblés – l’un avec un excès d’électrons et l’autre déficient en électrons. Cette configuration permet une haute efficacité de conversion.
Toutefois, un autre effet photovoltaïque a également suscité l’intérêt – l’effet photovoltaïque en volume, ainsi nommé parce qu’il n’implique qu’un seul matériau. Bien que son efficacité de conversion soit actuellement plutôt faible, des recherches récentes ont suggéré des moyens d’améliorer cette efficacité.
Le débat sur l’effet photovoltaïque en volume
Il y a eu beaucoup de débats sur le fonctionnement de l’effet photovoltaïque en volume. On pensait à l’origine qu’un champ électrique généré par des polarisations au sein du matériau était à l’origine de cet effet, mais une nouvelle explication a récemment été avancée.
Dans ce nouveau mécanisme, la lumière déplace les nuages d’électrons dans le matériau et ces déplacements se propagent, générant un courant. Ce courant a des propriétés attrayantes, notamment une réponse ultra-rapide et une propagation sans dissipation.
Les perovskites hybrides organiques-inorganiques (OIHPs)
Les matériaux connus sous le nom de pérovskites hybrides organiques-inorganiques (OIHPs) ont un grand potentiel pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques. L’effet photovoltaïque en volume dans les OIHPs a généralement été attribué à l’ancien mécanisme de polarisation macroscopique.
« Les champs électriques intégrés dans les matériaux ont souvent été considérés comme l’origine de l’effet photovoltaïque en volume dans les OIHPs, mais sans preuve solide », remarque Taishi Noma du Centre RIKEN pour la science de la matière émergente.
Les nouvelles découvertes
En étudiant en détail l’effet photovoltaïque en volume dans les cristaux OIHP, Noma et ses collaborateurs ont trouvé des preuves qui sont cohérentes avec le mécanisme de déplacement et qui excluent le mécanisme de polarisation macroscopique.
Plus précisément, ils ont observé l’effet photovoltaïque en volume le long d’un axe non polaire dans un OIHP, ce qui ne peut pas être expliqué en termes de mécanisme de polarisation macroscopique.
Les résultats de l’équipe soulignent l’importance de la symétrie cristalline du matériau. Les connaissances acquises aideront les chercheurs à optimiser les propriétés des OIHPs en adaptant leur symétrie. En particulier, ces connaissances pourraient aider à améliorer l’efficacité des OIHPs dans la conversion de la lumière en électricité.
En synthèse
Les travaux de Noma et de son équipe ont permis de mieux comprendre le fonctionnement de l’effet photovoltaïque en volume dans les cristaux OIHP.
Leurs découvertes pourraient avoir des implications significatives pour l’efficacité des cellules solaires à l’avenir. Ils prévoient maintenant d’étudier d’autres types de matériaux.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’effet photovoltaïque en volume ?
C’est un phénomène qui permet à un seul matériau de convertir la lumière en électricité.
Qu’est-ce que les perovskites hybrides organiques-inorganiques (OIHPs) ?
Il s’agit de matériaux qui ont un grand potentiel pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques.
Quelle est la nouvelle découverte de l’équipe de RIKEN ?
Ils ont trouvé des preuves qui soutiennent le mécanisme de déplacement dans l’effet photovoltaïque en volume et qui excluent le mécanisme de polarisation macroscopique.
Quelle est l’importance de la symétrie cristalline ?
La symétrie cristalline du matériau est importante pour optimiser les propriétés des OIHPs et améliorer leur efficacité dans la conversion de la lumière en électricité.
Quels sont les plans futurs de l’équipe de RIKEN ?
Ils prévoient d’étudier d’autres types de matériaux qui pourraient également générer des courants de déplacement.
Références
Noma, T., Chen, H.-Y., Dhara, B., Sotome, M., Nomoto, T., Arita, R., Nakamura, M. & Miyajima, D. Bulk photovoltaic effect along the nonpolar axis in organic-inorganic hybrid perovskites. Angewandte Chemie 62, e202309055 (2023). doi: 10.1002/anie.202309055
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