A Study of In-Plane Charge Carrier Diffusion and Photon Recycling in Hybrid Organic-Inorganic Perovskites

Plusieurs études récentes prévoient une augmentation de près de 50% de la consommation énergétique mondiale avant 2050. Une chute de la production risque d'avoir des conséquences négatives à la fois sociales et économiques. De plus, les polluants issus des combustibles fossiles, les principales sources d'énergie à l'échelle mondiale, sont à la source de problèmes tels que le réchauffement planétaire, le smog et les pluies acides. Toute réponse à ce défi énergétique doit donc se faire par le moyen d'une alternative propre et renouvelable. En ce sens, l'énergie solaire est un excellent choix. Néanmoins, les panneaux solaires conventionnels restent dispendieux et relativement inefficaces par rapport aux combustibles fossiles. Récemment, la découverte des cellules solaires à base de pérovskites hybrides organique-inorganique a fait l'objet d'un intérêt considérable à travers le monde. Ces dispositifs ont surpassé leurs prédécesseurs organiques à base de colorants parce qu'ils sont plus efficaces, plus simples à fabriquer et moins coûteux. La croissance rapide de l'efficacité des cellules fabriquées à base de ces matériaux, présentement à 25.5%, est inégalée dans l'histoire des cellules solaires. Ceci représente une opportunité unique de créer une nouvelle génération de cellules solaires hautement eÿcaces pouvant stimuler l'industrie solaire. Un panneau solaire est composé de plusieurs cellules photovoltaïques qui sont typiquement reliées en série. Chaque cellule, à son tour, est composée de plusieurs couches; soit une anode, un matériau transporteur d'électrons, un absorbeur, un matériau transporteur de trous et finalement une cathode. Le matériau absorbeur, dans notre cas la pérovskite, sert à la conversion de la lumière entrante en porteurs de charges libres, soit électrons et trous. Le transport des porteurs de charge aux électrodes résulte en une génération d'une différence de potentiel aux bornes de la cellule photovoltaïque. Les pérovskites hybrides, grâce à leur bande interdite (~1.5 eV) approchant la valeur idéale (~1.34 eV) pour l'efficacité de conversion maximale, sont d'excellents absorbeurs. Cependant, il reste beaucoup à découvrir en ce qui concerne la physique fondamentale des porteurs de charges permettant ces valeurs d'efficacité aussi élevées. Plus spécifiquement, comprendre l'influence des processus de recombinaison et de diffusion de porteurs de charges sur les efficacités de conversion énergétique continue à poser un défi à la communauté de recherche en pérovskites. La grande majorité des expériences initiales telles que la photoluminescence résolue en temps (TRPL) ignorent les propriétés latérales du matériau et assument des valeurs idéales pour les conditions de frontières. De plus, les études effectuées jusqu'à présent sur la forme/structure/frontières des grains demeurent inconclusives.