Matériaux pérovskites pour le photovoltaïque : comprendre pour mieux stabiliser
Matériaux pérovskites pour le photovoltaïque : comprendre pour mieux stabiliser
J. Hieulle, M. Hamieh, J. L. Bubendorf, M. Cranney, D. Aubel, E. Denys, A. Florentin, F. Vonau et L. Simon
Contact: jeremy.hieulle@uha.fr, laurent.simon@uha.fr
Les pérovskites halogénées constituent une nouvelle génération de matériaux semi-conducteurs capables de convertir la lumière en électricité avec des rendements désormais comparables à ceux du silicium. Leur faible coût de fabrication et leurs excellentes propriétés optoélectroniques en font des candidats très prometteurs pour les cellules solaires du futur (Figure 1.a). Toutefois, leur principal verrou technologique reste leur manque de stabilité : sous l’effet de la lumière, de la chaleur ou de l’humidité, ces matériaux se dégradent progressivement, limitant leur durée de vie. Nos recherches visent à comprendre ces mécanismes fondamentaux de dégradation en étudiant la structure atomique des pérovskites et l’évolution de leurs propriétés électroniques à l’aide de techniques de caractérisation à très haute résolution telles que la microscopie à effet tunnel (STM), la microscopie à force atomique (AFM), la spectroscopie de photoémission X (XPS) et la microscopie corrélative (MEB + Cathodoluminescence [CL] + Photoluminescence [PL], et RAMAN).
a) Architecture d’une cellule solaire de Pérovskite. b) Structure atomique d’une pérovskite. c) Dégradation et ségrégation de Phase dans les pérovskites.
La microscopie à effet tunnel (STM) permet de déterminer la structure atomique de la surface des matériaux pérovskites et d’observer directement les défauts cristallins à l’échelle atomique (Figure~1b). La spectroscopie de photoémission X (XPS) est utilisée pour suivre en temps réel les transformations chimiques induites par la lumière et quantifier la cinétique de dégradation des pérovskites. Enfin, nous combinons microscopie électronique à balayage (MEB) et cathodoluminescence (CL) au sein d’une approche de microscopie corrélative afin d’étudier les mécanismes de photo-dégradation et la ségrégation de phase des pérovskites mixtes, notamment la formation de domaines riches en brome (Br) et en iode (I) (Figure~1c).
