Des pérovskites photoactifs hybrides imagés pour la première fois avec une résolution atomique


Des pérovskites photoactifs hybrides imagés pour la première fois avec une résolution atomique

L’image montre certains des phénomènes que l’équipe a pu décrire la première fois, notamment une série de joints de grains, des défauts planaires élargis, des défauts d’empilement et des inclusions locales de matériau non pérovskite. Crédit photo: Diamond Light Source et Université d’Oxford

Une nouvelle technique a été développée avec laquelle pour la première fois des fiables avec une résolution peuvent être enregistrées de films minces de pérovskite photoactive hybride. Ces images ont un impact significatif sur l’amélioration des performances des matériaux des cellules solaires et l’expansion de la compréhension de ces matériaux technologiquement importants. La percée a été réalisée par une équipe conjointe de l’Université d’Oxford et de Diamond Light Source, qui viennent de publier un nouvel article à paraître dans science le 30 octobre, intitulé « Microstructure de la pérovskite aux halogénures métalliques à l’échelle atomique ».

En utilisant le microscope EPS2 ePSIC (Electron Physical Science Imaging Center) et le microscope ARM200 du Département des matériaux de l’Université d’Oxford, l’équipe a développé une nouvelle technique avec laquelle les couches minces de pérovskite photoactive hybride peuvent être imagées avec une résolution atomique. Cela leur a donné un aperçu sans précédent de leur composition atomique et leur a fourni des informations invisibles pour toute autre technologie.

Dr. Mathias Uller Rothmann du département de physique de l’Université d’Oxford explique: « Il s’agit de la dernière étape du processus de cartographie de ces importants matériaux de cellules solaires au niveau atomique le plus élémentaire et de comprendre qu’il s’agit d’une découverte significative qui n’a pas encore été faite avec succès, bien que ces matériaux soient en Certains des plus étudiés au monde au cours des huit dernières années, le matériau s’endommage incroyablement rapidement sous un faisceau d’électrons, nous avons donc dû réduire la dose d’électrons au point où nous étions à la limite de ce que les détecteurs peuvent enregistrer. le dommage se produit si rapidement que dans des conditions d’imagerie « normales », le dommage est causé avant même que vous ne le remarquiez. Cela signifie qu’il existe probablement une quantité relativement importante de documentation qui a fait des observations basées sur la version endommagée du Les matériaux sont basés, et non sur celui qui contenues dans les cellules solaires réelles. « 

Les mécanismes derrière les performances impressionnantes de ces pérovskites particuliers n’ont pas encore été pleinement compris, mais ils dépendent probablement de propriétés au niveau atomique qui peuvent leur être uniques.

Dr. Chris Allen, technicien en chef du microscope électronique chez ePSIC, déclare; « L’imagerie de matériaux sensibles au faisceau à une résolution atomique est extrêmement difficile car les électrons à haute énergie ont tendance à endommager l’échantillon et à modifier sa structure atomique. En adaptant une technique d’imagerie qui n’est normalement pas associée à l’imagerie à faible dose d’électrons, cette collaboration devient possible entre des scientifiques de l’Université d’Oxford et ePSIC ont obtenu une résolution sans précédent de cette classe importante de matériaux. Cela a non seulement répondu aux questions sur la structure atomique des pérovskites hybrides, mais a également ouvert des opportunités de recherche sur de nombreux autres matériaux sensibles aux rayonnements. « 

L’article donne un aperçu d’une combinaison de conditions qui peuvent maintenant être utilisées pour imager les matériaux, ainsi que des images de propriétés microscopiques qui n’avaient jamais été observées auparavant dans ces matériaux. L’équipe décrit cela comme révolutionnaire, car cela permet aux scientifiques d’examiner exactement comment les films sont structurés sur place avec une précision et une précision atomiques. Cette technique est assez souvent utilisée pour étudier d’autres matériaux, mais en raison de la nature remarquablement instable des pérovskites , en particulier sous un faisceau d’électrons, cela n’a pas été possible pour les pérovskites hybrides.

«Grâce à notre protocole, nous avons pu décrire la nature atomique exacte des joints de grains, l’un des aspects les moins compris des cellules solaires à pérovskite, ainsi qu’un tout nouvel ensemble de défauts cristallins qui ont un impact significatif sur les performances macroscopiques des cellules solaires. On pourrait dire que nous ont maintenant débloqué le prochain niveau de capacité à comprendre ces matériaux passionnants. Bien que nous n’ayons pas encore une idée complète de ce que cela signifiera pour le développement de ces cellules solaires, les chercheurs seront désormais en mesure de fournir des réponses sans équivoque plutôt que des suppositions éclairées en essayant de répondre aux questions sur les propriétés microscopiques des matériaux des cellules solaires en pérovskite. Répondre à ces questions sera un grand pas en avant vers des cellules solaires de plus en plus puissantes et peut-être aussi dans la prévention d’une catastrophe climatique », conclut le Dr. Rothmann.

La nouvelle technique de l’équipe leur a permis d’observer un tout nouvel ensemble de phénomènes liés aux pérovskites hybrides, y compris des propriétés importantes telles que la composition précise des joints de grains et d’autres interfaces que d’autres techniques ne pouvaient pas résoudre. En outre, l’équipe a observé un certain nombre de défauts cristallographiques qui n’ont jamais été pris en compte pour les pérovskites hybrides et qui sont connus pour affecter gravement les performances globales d’autres matériaux de cellules solaires. La suppression de ces erreurs est importante pour des performances élevées, mais jusqu’à présent, il était impossible d’identifier de manière fiable leur présence.


L’innovation chimique stabilise la formulation de pérovskite la plus performante


Plus d’information:
Microstructure atomique de la pérovskite aux halogénures métalliques, science (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abb5940

Fourni par Diamond Light Source

Citation: Des pérovskites photoactifs hybrides imagés pour la première fois (29 octobre 2020) avec une résolution atomique ont été trouvés le 29 octobre 2020 sur https://phys.org/news/2020-10-hybrid-photoactive-perovskites-imaged-atomic.html récupéré

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