De nouvelles découvertes sur un matériau prometteur pour les cellules solaires, grâce à un nouveau microscope

23.11.2022 - Etats-Unis

Une équipe de scientifiques du laboratoire national Ames du ministère de l'énergie a mis au point un nouvel outil de caractérisation qui leur a permis d'obtenir un aperçu unique d'un matériau alternatif possible pour les cellules solaires. Sous la direction de Jigang Wang, scientifique principal du laboratoire Ames, l'équipe a mis au point un microscope qui utilise des ondes térahertz pour recueillir des données sur des échantillons de matériaux. L'équipe a ensuite utilisé son microscope pour explorer la pérovskite d'iodure de plomb méthylammonium (MAPbI3), un matériau qui pourrait potentiellement remplacer le silicium dans les cellules solaires.

Richard Kim, un scientifique du laboratoire Ames, a expliqué les deux caractéristiques qui rendent le nouveau microscope à sonde à balayage unique. Premièrement, le microscope utilise la gamme de fréquences électromagnétiques térahertz pour recueillir des données sur les matériaux. Cette gamme se situe bien en dessous du spectre de la lumière visible, entre l'infrarouge et les micro-ondes. Deuxièmement, la lumière térahertz est envoyée à travers une pointe métallique pointue qui améliore les capacités du microscope vers les échelles de longueur nanométrique.

"Normalement, si vous avez une onde lumineuse, vous ne pouvez pas voir des choses plus petites que la longueur d'onde de la lumière que vous utilisez. Et pour cette lumière térahertz, la longueur d'onde est d'environ un millimètre, donc assez grande", explique Kim. "Mais ici, nous avons utilisé cette pointe métallique pointue avec un apex qui est aiguisé à une courbure de 20 nanomètres de rayon, et cela agit comme notre antenne pour voir des choses plus petites que la longueur d'onde que nous utilisions."

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Grâce à ce nouveau microscope, l'équipe a étudié un matériau pérovskite, MAPbI3, qui a récemment suscité l'intérêt des scientifiques en tant qu'alternative au silicium dans les cellules solaires. Les pérovskites sont un type particulier de semi-conducteur qui transporte une charge électrique lorsqu'il est exposé à la lumière visible. Le principal problème que pose l'utilisation du MAPbI3 dans les cellules solaires est qu'il se dégrade facilement lorsqu'il est exposé à des éléments comme la chaleur et l'humidité.

Selon Wang et Kim, l'équipe s'attendait à ce que le MAPbI3 se comporte comme un isolant lorsqu'elle l'a exposé à la lumière térahertz. Les données recueillies sur un échantillon étant une lecture de la façon dont la lumière se diffuse lorsque le matériau est exposé aux ondes térahertz, ils s'attendaient à un faible niveau constant de diffusion de la lumière dans tout le matériau. Or, ils ont constaté une grande variation de la diffusion de la lumière le long de la frontière entre les grains.

Kim explique que les matériaux conducteurs, comme les métaux, présentent un niveau élevé de diffusion de la lumière, tandis que les matériaux moins conducteurs, comme les isolants, n'en présentent pas autant. La grande variation de la diffusion de la lumière détectée le long des joints de grains dans le MAPbI3 met en lumière le problème de dégradation du matériau.

Pendant une semaine, l'équipe a continué à collecter des données sur le matériau, et les données recueillies pendant cette période ont montré le processus de dégradation à travers les changements dans les niveaux de diffusion de la lumière. Ces informations peuvent être utiles pour améliorer et manipuler le matériau à l'avenir.

"Nous pensons que la présente étude démontre un outil de microscopie puissant pour visualiser, comprendre et potentiellement atténuer la dégradation des joints de grains, les pièges à défauts et la dégradation des matériaux", a déclaré Wang. "Une meilleure compréhension de ces problèmes pourrait permettre de développer des dispositifs photovoltaïques à base de pérovskite hautement efficaces pour de nombreuses années à venir."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.