En synthétisant un matériau semi-conducteur contenant des nanoparticules à base d’étain appelées points quantiques, une équipe internationale de chercheurs, dont KAUST, a réalisé une conversion impressionnante de la puissance lumineuse. Crédits : KAUST/Hay Hwang
De minuscules cristaux, connus sous le nom de points quantiques, ont permis à une équipe internationale d’atteindre une efficacité quantique supérieure à 100 % dans le photocourant généré dans un semi-conducteur hybride inorganique-organique.
Les pérovskites sont des semi-conducteurs intéressants pour les applications de collecte de lumière et ont déjà montré des performances impressionnantes dans les cellules solaires. Mais des améliorations de l’efficacité de la conversion de photos sont nécessaires pour amener cette technologie sur un marché plus large.
La lumière se présente sous forme de paquets d’énergie appelés photons. Lorsqu’un semi-conducteur absorbe un photon, l’énergie électromagnétique est transférée à un électron chargé négativement et à son homologue chargé positivement, appelé trou. Un champ électrique peut balayer ces particules dans des directions opposées, permettant à un courant de circuler. C’est le fonctionnement de base d’une cellule solaire. Cela peut sembler simple, mais optimiser l’efficacité quantique ou obtenir autant de paires électron-trou que possible à partir de photons entrants est un objectif de longue date.
L’une des causes de l’inefficacité est que si le photon a plus d’énergie qu’il n’en faut pour créer la paire électron-trou, l’excès d’énergie est généralement perdu sous forme de chaleur. Mais les nanomatériaux offrent une solution. De petites particules, telles que des nanocristaux ou des points quantiques, peuvent convertir des photons à haute énergie en plusieurs paires de trous d’électrons.
Jun Yin et Omar Mohammed de KAUST ont travaillé avec Yifan Chen et Mingjie Li de l’Université polytechnique de Hong Kong et leurs collègues pour démontrer cette soi-disant génération d’excitons multiples (MEG) dans des nanocristaux de pérovskite d’halogénure d’étain-plomb. “Nous avons démontré une efficacité quantique de photocourant supérieure à 100 % en exploitant le MEG dans des dispositifs à nanocristaux de pérovskite”, déclare Yin.
Dans le passé, le MEG a été observé dans les nanocristaux de pérovskite avec une grande bande interdite : c’est-à-dire les semi-conducteurs qui ne peuvent absorber que des photons à haute énergie.
Les matériaux à bande interdite plus étroite présentent un plus grand défi car les paires excitées d’électrons et de trous se détendent ou se refroidissent trop rapidement pour être extraites dans un dispositif de cellule solaire en état de marche. “Des MEG efficaces dans des nanocristaux de pérovskite à bande interdite plus étroite et la vérification de leur MEG inhérent dans des dispositifs optiques pratiques n’ont pas été signalés”, déclare Yin.
Chen, Yin et leur équipe ont synthétisé un matériau semi-conducteur composé de minuscules particules de pérovskite d’iodure de plomb et de formamidinium, faites avec de petites quantités d’étain, incorporées dans du FAPbI sans étain.3. L’équipe estime que l’introduction de l’étain permet de ralentir le “refroidissement”. “Nous serons en mesure d’optimiser davantage le nanocristal de pérovskite en modifiant sa composition pour un rendement MEG plus élevé et une meilleure conversion de l’énergie lumineuse”, explique Yin.
La recherche a été publiée dans photonique de la nature.
Aider les semi-conducteurs à trouver un moyen plus frais de refroidir
Yifan Chen et al, Génération d’excitations multiples dans des nanocristaux de pérovskite d’halogénure de plomb et d’étain pour l’amélioration de l’efficacité quantique du photocourant, photonique de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41566-022-01006-x
Fourni par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah
Citation: Efficacité quantique supérieure à 100 % dans le photocourant d’un semi-conducteur hybride inorganique-organique (4 août 2022) Récupéré le 5 août 2022 sur https://phys.org/news/2022-08-exceeding-percent- quantum-efficiency -photocourant .html
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