Faire la lumière sur l'origine de l'effet photovoltaïque dans les pérovskites organiques-inorganiques

Republié par Platon

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Le 26 décembre 2023

(Actualités Nanowerk) Une équipe dirigée par des chercheurs du RIKEN a étudié comment des cristaux spéciaux convertissent la lumière en électricité (Chimie appliquée, "Effet photovoltaïque en masse le long de l'axe non polaire dans les pérovskites hybrides organiques-inorganiques"). Leurs découvertes contribueront à éclairer les efforts visant à améliorer leur efficacité, ce qui pourrait conduire à l’utilisation des cristaux dans les cellules solaires. Les cellules solaires convertissent la lumière en électricité par un phénomène appelé effet photovoltaïque. La grande majorité des cellules solaires sont constituées de deux semi-conducteurs coincés ensemble, l’un avec un excès d’électrons et l’autre déficient en électrons. En effet, la configuration a une efficacité de conversion élevée. Mais un autre effet photovoltaïque a également retenu l’attention : l’effet photovoltaïque de masse, ainsi appelé 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 son efficacité. Illustration schématique de l'effet photovoltaïque global le long de l'axe non polaire de la pérovskite hybride organique-inorganique Illustration schématique de l’effet photovoltaïque global le long de l’axe non polaire de la pérovskite hybride organique-inorganique. La flèche jaune représente un photon de lumière, tandis que les nuages bleus et verts représentent respectivement un électron et un trou. La flèche rouge est l'axe de polarisation. (© WILEY-VCH Verlag) Il y a eu de nombreux débats sur le fonctionnement de l'effet photovoltaïque global. On pensait à l'origine qu'un champ électrique généré par les polarisations au sein du matériau provoquait cet effet, mais une nouvelle explication a récemment gagné du terrain. Dans ce nouveau mécanisme, la lumière déplace les nuages d’électrons dans le matériau et ces déplacements se propagent, générant un courant. Ce courant présente des propriétés intéressantes, notamment une réponse ultrarapide et une propagation sans dissipation. Matériaux dits hybrides organiques-inorganiques pérovskites (OIHP) ont un grand potentiel pour fabriquer des dispositifs optoélectroniques. L’effet photovoltaïque global dans les OIHP 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 global dans les OIHP, mais sans preuves solides", remarque Taishi Noma du Centre RIKEN pour la science des matières émergentes. Maintenant, en étudiant en détail l'effet photovoltaïque global dans les cristaux OIHP, Noma et ses collaborateurs ont trouvé des preuves cohérentes avec le mécanisme de déplacement et excluent le mécanisme de polarisation macroscopique. Plus précisément, ils ont observé l’effet photovoltaïque global le long d’un axe non polaire dans un OIHP, qui ne peut pas être expliqué en termes de mécanisme de polarisation macroscopique. Les résultats de l'équipe mettent en évidence l'importance de la symétrie cristalline du matériau. Les connaissances acquises aideront les chercheurs à optimiser les propriétés des OIHP en adaptant leur symétrie. En particulier, ces informations pourraient contribuer à améliorer l’efficacité des OIHP dans la conversion de la lumière en électricité. Noma et son équipe comptent désormais explorer d'autres types de matériaux. "En principe, les courants de déplacement peuvent également être générés dans d'autres classes de matériaux, tels que les cristaux liquides et les cristaux moléculaires organiques", explique Noma. « Nous aimerions étendre cette étude à d’autres matériaux. »