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Des scientifiques de l’Université de Cambridge qui étudient les matériaux en pérovskite pour les cellules solaires de nouvelle génération et les DEL flexibles ont découvert qu’ils peuvent être plus efficaces lorsque leurs compositions chimiques sont moins ordonnées, ce qui simplifie considérablement les processus de production et réduit les coûts.

Le désordre permet une plus grande efficacité

Le matériau le plus couramment utilisé pour produire des panneaux solaires est le silicium cristallin, mais pour obtenir une conversion efficace de l’énergie, il faut un processus de production coûteux et fastidieux. Ce matériau en silicium doit avoir une structure très ordonnée et est très sensible aux impuretés, telles que la poussière, et doit donc être fabriqué dans une salle blanche.
Au cours de la dernière décennie, les matériaux à base de pérovskite se sont révélés être des alternatives prometteuses. Les sels de plomb utilisés pour les fabriquer sont beaucoup plus abondants et moins chers à produire que le silicium cristallin, et ils peuvent être préparés dans une encre liquide qui est simplement imprimée pour produire un film fait de ce matériau.
Les composants utilisés pour fabriquer la perovskite peuvent être changés pour donner aux matériaux des couleurs et des propriétés structurelles différentes, par exemple, en faisant que ces films émettent des couleurs différentes ou recueillent la lumière du Soleil plus efficacement. Il suffit d’un film très fin de ce matériau en pérovskite – environ mille fois plus mince qu’un cheveu humain – pour obtenir une efficacité similaire à celle des plaquettes de silicium actuellement utilisées, ce qui ouvre la possibilité de les intégrer dans des fenêtres ou des écrans souples et ultra-légers pour les smartphones.
Les scientifiques avaient supposé que, comme dans le cas des matériaux en silicium, plus ils pouvaient rendre ces matériaux ordonnés, plus ils seraient efficaces. Mais Feldmann et son coauteur Stuart MacPherson ont été surpris de constater le contraire. « Cette découverte a été une grande surprise, a déclaré M. Deschler, qui dirige actuellement un groupe de recherche Emmy-Noether à la TU de Munich. « Nous faisons beaucoup de spectroscopie pour explorer les mécanismes de fonctionnement de nos matériaux, et nous nous demandions pourquoi ces films chimiquement très sales fonctionnaient aussi bien. »

Ce désordre crée des vallées et des montagnes

Les chercheurs ont découvert que leurs préparations d’alliages bruts à composants multiples amélioraient en fait l’efficacité des matériaux en créant de nombreuses zones de compositions différentes qui pouvaient piéger les porteurs de charges, soit à partir de la lumière du Soleil dans une cellule solaire, soit à partir d’un courant électrique dans une DEL.
« En fait, c’est grâce à ce traitement brut et au démixage ultérieur des composants chimiques que vous créez ces vallées et ces montagnes dans lesquelles les charges peuvent s’écouler et se concentrer », explique Feldmann. « Cela les rend plus faciles à extraire pour les cellules solaires, et c’est plus efficace de produire de la lumière dans une DEL. » Leurs découvertes pourraient avoir un impact énorme sur le succès de la fabrication de ces matériaux.
« C’est maintenant un défi passionnant de trouver des conditions de fabrication qui créent le désordre optimal dans ces matériaux pour atteindre une efficacité maximale, tout en conservant les propriétés structurelles nécessaires pour des applications spécifiques. » a déclaré Deschler.

Apprendre à contrôler ce désordre

« Si nous pouvons apprendre à contrôler ce désordre avec encore plus de précision, nous pourrions nous attendre à d’autres améliorations des performances des DEL ou des cellules solaires – et même aller bien au-delà du silicium avec des cellules solaires tandem sur mesure comprenant deux couches de perovskite de couleurs différentes qui, ensemble, peuvent capter encore plus d’énergie du Soleil qu’une seule couche », a déclaré Sam Stranks, professeur universitaire en énergie au département de génie chimique et biotechnologie de Cambridge.
Cependant une limitation de ces matériaux en pérovskite est leur sensibilité à l’humidité, c’est pourquoi ils étudient également des moyens d’améliorer leur stabilité.
Cette recherche a été publiée dans Nature Photonics.
Source : University of Cambridge
crédit photo : Pixabay

La production de pérovskite en "désordre" augmente l'efficacité martinTechnologie
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