Mélanie Thomas
Pour surmonter les défis énergétiques mondiaux et lutter contre la crise environnementale imminente, des chercheurs du monde entier étudient de nouveaux matériaux pour convertir la lumière du soleil en électricité. Certains des candidats les plus prometteurs pour les applications de cellules solaires à haut rendement et à faible coût sont basés sur des semi-conducteurs à base d’halogénure de plomb et de pérovskite (LHP). Malgré des prototypes de cellules solaires battant des data, l’origine microscopique des performances optoélectroniques étonnamment excellentes de cette classe de matériaux n’est toujours pas complètement comprise.
Maintenant, une équipe internationale de physiciens et de chimistes de l’Institut Fritz Haber de la Société Max Planck, de l’École polytechnique de Paris, de l’Université Columbia de New York et de l’Université libre de Berlin a démontré le contrôle par laser des mouvements fondamentaux du réseau atomique LHP. En appliquant un pic de champ électrique soudain moreover rapide qu’un billionième de seconde (picoseconde) sous la forme d’un seul cycle lumineux de rayonnement térahertz dans l’infrarouge lointain, les chercheurs ont dévoilé la réponse ultrarapide du réseau, qui pourrait contribuer à un mécanisme de defense dynamique pour les des fees. Ce contrôle précis des mouvements de torsion atomique permettra de créer de nouvelles propriétés de matériaux hors équilibre, fournissant potentiellement des indications pour la conception du matériau des cellules solaires du futur.
Les matériaux de cellules solaires hybrides LHP étudiés constant en un réseau cristallin inorganique, qui agit comme des cages périodiques pour héberger des molécules organiques. L’interaction des prices électroniques libres avec ce réseau hybride et ses impuretés détermine la quantité d’électricité pouvant être extraite de l’énergie de la lumière solaire. Comprendre cette conversation compliquée pourrait être la clé d’une compréhension microscopique des performances optoélectroniques exceptionnelles des LHP. Des chercheurs de l’Institut Fritz Haber de Berlin et leurs collègues internationaux ont désormais pu isoler la réponse du réseau à un champ électrique sur des échelles de temps supérieures à 100 femtosecondes, soit un dixième de billionième de seconde. Le champ électrique a été appliqué par une impulsion laser extreme ne contenant qu’un seul cycle de lumière infrarouge lointaine, appelée térahertz (THz). “Ce champ THz est si fort et si rapide qu’il peut imiter le champ électrique nearby d’un porteur de demand excité immédiatement après l’absorption d’un quantum de lumière solaire”, explique Maximilian Frenzel, l’un des principaux auteurs réalisant les expériences.
Par cette approche, les chercheurs observent un mouvement concerté du réseau cristallin, consistant principalement en un basculement d’avant en arrière des blocs de design octaédriques de la cage inorganique. Ces vibrations excitées de manière non linéaire peuvent conduire à des effets de filtrage d’ordre supérieur, jusqu’ici négligés, contribuant à un mécanisme de protection des porteurs de charge souvent discuté. “De furthermore, l’angle d’inclinaison associé joue un rôle prépondérant dans la détermination des propriétés fondamentales du matériau, telles que la stage cristallographique ou la bande interdite électronique”, précise le Dr Sebastian Maehrlein, responsable du projet de recherche global. Ainsi, au lieu d’un réglage chimique statique des propriétés des matériaux, la conception de matériaux dynamiques extremely-rapides entre en jeu : “Comme nous pouvons maintenant moduler ces angles de torsion par un seul cycle de lumière THz”, résume le Dr Maehrlein, “à l’avenir, nous pourrons peut-être contrôler propriétés des matériaux à la demande ou même découvrir de nouveaux états exotiques de cette classe de matériaux émergents. » En évaluant ces états dynamiques de la matière, les chercheurs espèrent contribuer à la conception des matériaux énergétiques du futur.
