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Les nouveaux films minces présentent des propriétés prometteuses pour le photovoltaïque et les LED

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Les chercheurs de l'université de Buffalo ont utilisé un matériau non toxique pour développer des films présentant une forte absorption de lumière et un transport de charge.

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Les chercheurs sont constamment à la recherche de nouveaux matériaux qui peuvent rendre les appareils électroniques plus efficaces et moins chers à fabriquer, d'autant plus que le silicium approche les limites de ses performances. À cette fin, des scientifiques de l'université de Buffalo ont créé de nouvelles couches minces à partir d'un matériau peu utilisé mais abondant, dont les performances sont prometteuses pour des applications électroniques et optiques telles que le photovoltaïque et les diodes électroluminescentes (DEL).

L'équipe, dirigée par Hao Zeng, professeur de physique à la faculté des arts et des sciences de l'université, a créé les films en utilisant du sulfure de baryum et de zirconium, une catégorie de matériaux connus sous le nom de pérovskites chalcogénures. Ces matériaux présentent des avantages par rapport à d'autres utilisés dans les appareils électroniques et photovoltaïques, notamment le fait qu'ils sont non toxiques et qu'on les trouve naturellement et abondamment dans la terre

En effet, les chercheurs étudient depuis des années l'utilisation de couches minces à base de pérovskite dans les cellules solaires en raison de leur potentiel de rendement plus élevé et de leur coût de production moindre.

Les films développés par l'équipe de Zeng combinent une absorption de lumière importante avec un bon transport de charge, ce qui les rend bien adaptés aux applications dans lesquelles le silicium est utilisé aujourd'hui. "Pendant de nombreuses décennies, seule une poignée de matériaux semi-conducteurs ont été utilisés, le silicium étant le matériau dominant", a déclaré M. Zeng. "Nos films minces ouvrent la porte à une nouvelle orientation de la recherche sur les semi-conducteurs. Il y a une chance d'explorer le potentiel d'une toute nouvelle classe de matériaux"

Ancien matériel, nouvelle utilisation

Les chercheurs n'ont pas été les premiers à découvrir le sulfure de baryum et de zirconium et son utilité ; le composé a été utilisé dans des applications remontant aux années 1950, mais a été largement négligé par les scientifiques. "Il existe depuis plus d'un demi-siècle", a déclaré M. Zeng. "Parmi les recherches antérieures, une entreprise des chutes du Niagara l'a produit sous forme de poudre. Je pense que les gens n'y ont pas prêté beaucoup d'attention"

Cependant, la poudre n'est pas la meilleure forme pour les applications pour lesquelles Zeng et son équipe voulaient utiliser le matériau, ils ont donc entrepris d'explorer le potentiel du matériau pour les couches minces. Les chercheurs ont fabriqué leurs films en utilisant un laser pour chauffer et vaporiser de l'oxyde de baryum et de zirconium, puis en déposant cette vapeur sur une surface de saphir. Cela a formé un film qui a ensuite été converti en matériau final par une réaction chimique appelée sulfuration.

L'équipe a publié un article sur ses travaux dans la revue Nano Energy.

Les chercheurs pensent que leurs films seront particulièrement utiles pour la production d'énergie solaire, car les recherches suggèrent que ce type de matériau pérovskite serait beaucoup plus efficace pour convertir la lumière du soleil en électricité que les matériaux traditionnels à base de silicium d'épaisseur identique, a déclaré Haolei Hui, doctorant en physique et l'un des chercheurs de l'équipe. "La recherche sur les semi-conducteurs a traditionnellement été fortement axée sur les matériaux conventionnels", a-t-il déclaré. "C'est l'occasion d'explorer quelque chose de nouveau. Les pérovskites à base de chalcogénures présentent certaines similitudes avec les pérovskites à base d'halogénures, qui font l'objet de nombreuses recherches, mais ne souffrent pas de la toxicité et de l'instabilité de ces derniers"