Des simulations informatiques révèlent des facteurs de stabilité dans les pérovskites 2D pour de meilleures cellules solaires
Des matériaux plus stables et plus efficaces pour les cellules solaires sont nécessaires dans la transition verte. Les pérovskites aux halogénures sont présentées comme une alternative prometteuse aux matériaux à base de silicium d'aujourd'hui. Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers, en Suède, ont acquis de nouvelles connaissances sur le fonctionnement des matériaux pérovskites, ce qui constitue une avancée importante.
Les pérovskites aux halogénures sont le nom collectif d'un groupe de matériaux considérés comme très prometteurs et rentables pour les cellules solaires flexibles et légères et diverses applications optiques, telles que l'éclairage LED. En effet, bon nombre de ces matériaux absorbent et émettent la lumière de manière extrêmement efficace. Cependant, les matériaux pérovskites peuvent se dégrader rapidement et, afin de savoir comment les appliquer au mieux, il est nécessaire de mieux comprendre pourquoi cela se produit et comment le matériau fonctionne.
Simulations informatiques et apprentissage automatique comme aides
Au sein du groupe des pérovskites, il existe à la fois des matériaux 3D et 2D, ces derniers étant souvent plus stables. À l’aide de simulations informatiques avancées et de l’apprentissage automatique, une équipe de recherche du Département de physique de l’Université de technologie Chalmers a étudié une série de matériaux pérovskites 2D et a acquis des informations cruciales sur ce qui influence leurs propriétés.
Les résultats de la recherche sont présentés dans un article intitulé « Impact of Organic Spacers and Dimensionality on Templating of Halide Perovskites », publié dans Lettres énergétiques ACS
« En cartographiant le matériau dans des simulations informatiques et en le soumettant à différents scénarios, nous pouvons tirer des conclusions sur la façon dont les atomes du matériau réagissent lorsqu'ils sont exposés à la chaleur, à la lumière, etc. », explique le professeur Paul Erhart, membre de l'équipe de recherche. équipe de l’Université de technologie Chalmers.
« En d'autres termes, nous disposons désormais d'une description microscopique du matériau qui est indépendante de ce que les expériences sur le matériau ont montré, mais dont nous pouvons montrer qu'elle conduit au même comportement que les expériences. La différence entre les simulations et les expériences est que nous peut observer, à un niveau détaillé, exactement ce qui a conduit aux points de mesure finaux dans les expériences. Cela nous donne un aperçu beaucoup plus précis du fonctionnement des pérovskites 2D.
Des systèmes plus grands pourraient être étudiés sur des périodes plus longues
L’utilisation de l’apprentissage automatique a constitué une approche importante pour les chercheurs. Ils ont pu étudier des systèmes plus vastes, sur une période plus longue, que ce qui était auparavant possible avec les méthodes standards utilisées il y a seulement quelques années.
« Cela nous a donné à la fois une vue d'ensemble beaucoup plus large qu'avant, mais aussi la possibilité d'étudier les matériaux de manière beaucoup plus détaillée. Nous pouvons voir que dans ces très fines couches de matériau, chaque couche se comporte différemment, et c'est quelque chose de très, très difficile à détecter expérimentalement », explique le professeur agrégé Julia Wiktor de l'équipe de recherche, qui comprenait également le chercheur Erik Fransson.
Meilleure compréhension de la composition du matériau
Les matériaux pérovskites 2D sont constitués de couches inorganiques empilées les unes sur les autres, séparées par des molécules organiques. Comprendre les mécanismes précis qui influencent l'interaction entre les couches et ces molécules est crucial pour concevoir des dispositifs optoélectroniques efficaces et stables à base de matériaux pérovskites.
« Dans les pérovskites 2D, vous avez des couches de pérovskite qui sont liées à des molécules organiques. Ce que nous avons découvert, c'est que vous pouvez contrôler directement la façon dont les atomes dans les couches de surface se déplacent grâce au choix des lieurs organiques et comment cela affecte les mouvements atomiques au plus profond de la pérovskite. Comme ce mouvement est crucial pour les propriétés optiques, c'est comme un effet domino », explique Erhart.
Les résultats de la recherche permettent de mieux comprendre comment les matériaux pérovskites 2D peuvent être utilisés pour concevoir des dispositifs destinés à différentes applications et variations de température.
« Cela nous donne vraiment l'opportunité de comprendre d'où peut provenir la stabilité dans les matériaux pérovskites 2D, et nous permet ainsi éventuellement de prédire quels agents de liaison et quelles dimensions peuvent rendre le matériau à la fois plus stable et plus efficace. Notre prochaine étape consiste à passer à des systèmes encore plus complexes et, en particulier, à des interfaces fondamentales pour le fonctionnement des appareils », explique Wiktor.