Photovoltaïque: les propriétés élastiques des pérovskites révélées par les neutrons

Publié par Redbran le 24/01/2019 à 14:00
Source: CEA

Wikimedia Commons/Solid State
Une collaboration impliquant l'Iramis et l'Inac a déterminé l'ensemble des constantes élastiques de quatre pérovskites de métaux halogénés, dotées d'une composante organique intéressante pour le photovoltaïque et l'émission de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...).

Les pérovskites hybrides de métaux halogénés forment une famille de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) dont la structure cristalline ressemble à celle d'un minéral, le titanate de calcium (Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.) (CaTiO3). Leur formule est de type AMX3 où A est un groupement organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...), M un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) (Pb) et X un halogène (Les halogènes sont une série chimique constituée des éléments chimiques du...) (I ou Br).

Ces matériaux sont prometteurs pour le photovoltaïque car ils absorbent plus efficacement que le silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) une plus grande fraction du spectre solaire et sont moins coûteux. Des progrès récents ont permis d'obtenir jusqu'à 23 % de rendement de conversion. Cependant ils sont peu résistants, à la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) notamment, et certaines de leurs propriétés fondamentales sont encore mal connues.

Dans une cellule solaire, l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) excite des électrons, ce qui conduit à la formation d'"excitons" (paires électron-trou excitées). Pour un effet photovoltaïque optimal, il faut réussir à séparer ces électrons des lacunes positives avant leur désexcitation. Or les excitons formés ont une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de liaison plus faible dans les pérovskites que dans le silicium et bénéficient d'une plus grande longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) avant recombinaison, ce qui leur permet d'atteindre le lieu de la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) des charges électriques.

Comme le comportement de ces excitons est étroitement lié aux vibrations des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) dans la structure pérovskite, les chercheurs ont analysé ses propriétés élastiques par diffusion de neutrons. Ils ont étudié quatre familles APbX3 où A désigne le méthylammonium (CH3NH3+) ou le formamidinium (HC(NH2)2+) et X, l'iode (L'iode est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole I et de...) ou le brome (Le brome est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Br et de...). Des mesures de diffusion inélastique de neutrons au Laboratoire Léon-Brillouin (Saclay) et à l'Institut Laue-Langevin (L'Institut Laue-Langevin (ILL), nommé ainsi en l'honneur des physiciens Max von Laue (physicien...) (Grenoble) ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) pour la première fois l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des constantes élastiques de ces matériaux.

Ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) permettront de mieux contrôler leurs propriétés électroniques et d'améliorer leurs performances dans une cellule photovoltaïque (Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la...) ou en tant qu'émetteur de lumière.

Les synthèses des cristaux ont été réalisées à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des sciences chimiques de Rennes, ainsi qu'à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) et technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) du Roi Abdallah (Arabie Saoudite). Ces travaux ont également été réalisés en collaboration avec l'Inac, l'INSA-Rennes, l'Institut de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de Rennes et le Laboratoire Charles Coulomb de Montpellier.

Références
Elastic softness of hybrid lead halide perovskites, Phys. Rev. Lett.
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.377 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique