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 foundation de pérovskite aux halogénures comme l’optoélectronique et le photovoltaïque.
« La creation 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 Faculty of Engineering de Rice et auteur principal d’une étude sur le processus publiée dans Mother nature Synthesis. « Une valeur n supérieure à quatre signifie que les matériaux ont une bande interdite furthermore étroite et une conductivité électrique additionally élevée, un facteur important 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 previous plusieurs preparations de réseau. Étant donné que les propriétés des matériaux dépendent de la period, les scientifiques visent à synthétiser des couches de pérovskite aux halogénures 2D ne présentant qu’une seule period. Le problème, cependant, est que les méthodes de synthèse traditionnelles pour les pérovskites 2D à valeur n moreover 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 period pure. »
En in addition 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 – ou 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 alternative viable et steady pour une variété d’applications », a déclaré Hou.
« Nous avons développé une nouvelle méthode pour améliorer la pureté des cristaux et résolu une problem de longue date dans le domaine sur la manière d’approcher la synthèse de cristaux à haute valeur n et à section 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 stage 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 programs de dispositifs optoélectroniques et d’interactions fondamentales entre la lumière et la matière », a ajouté Mohite.
