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Dynamique des électrons dans les pérovskites hybrides - juin 2018

Le CH3NH3PbI3 est un composé pérovskite hybride organohalogéné d'intérêt technologique dans le domaine du photovoltaïque. Afin de mieux comprendre la dégradation des cellules solaires, dans le cadre d’une collaboration avec le LAC (Laboratoire Aimé Cotton) et le LPS (Laboratoire de Physique des Solides), nous introduisons des pièges électroniques dans des cristaux uniques via un recuit de ceux-ci à 100 °C ou 200 °C. Ensuite, la dynamique des électrons est mesurée en utilisant la spectroscopie de photoémission à deux photons (2PPE). Cette méthode sonde la distribution des électrons photo-excités en fonction du temps, en discriminant explicitement la thermalisation initiale des processus de relaxation lents. La figure montre que la densité des électrons à la surface de l’échantillon non recuit suit une loi de diffusion (décroissance en 1 / √t).  En revanche, les échantillons recuits montrent un écart à la loi de diffusion qui découle du piégeage de charges dans des états localisés. Lorsque l’échantillon a été recuit à 100°C, la localisation des électrons a lieu à l'échelle de quelques picosecondes alors qu'elle tombe en dessous de la picoseconde dans le cas d’un recuit à 200°C. Le processus de localisation ultrarapide que l'on vient d'observer est compatible avec la réduction progressive de l'efficacité de photoconversion dans des cellules dégradées. Un protocole capable de minimiser la densité des pièges et de résoudre le problème du vieillissement pourrait augmenter l'efficacité macroscopique des cellules solaires jusqu'à la limite théorique.

Densité des électrons photo-excités à la surface d’un cristal de CH3NH3PbI3 avant recuit (cercles rouges), après recuit à 100°C (cercles bleus) et après recuit à 200°C (cercles verts).