APPLICATIONS  |  CRISTAUX DE PÉROVSITE


 

ÉTUDE HYPERSPECTRALE DE CRISTAUX DE PÉROVSKITE VIEILLIS

La recherche de matériaux photovoltaïques flexibles, peu coûteux et faciles à produire à grande échelle a pris un nouvel élan dans les dernières années avec l’essor des cellules solaires à base de pérovskite organométallique. Ces nouvelles cellules  pourraient bientôt supplanter les cellules solaires à base de silicium. Leur grande mobilité de charges, leur importante absorption dans le visible et leur largeur de bande interdite accordable font de ces derniers un candidat idéal pour la production de panneaux solaires peu coûteux. Malheureusement, leur stabilité est précaire et leur temps de vie actuel (~ 2000 heures d'ensoleillement) est loin de s’approcher de celui des cellules à base de silicium (~ 52,000 heures d'ensoleillement). Afin d’envisager la commercialisation de ce nouveau matériau prometteur, une meilleure compréhension de la photophysique et des phénomènes de dégradations est nécessaire.

La plate-forme d’imagerie hyperspectrale globale (IMA™) développée par Photon etc. est tout indiquée pour répondre aux questions fondamentales que les chercheurs se posent au sujet des propriétés hors du commun de la pérovskite. En effet, IMA™ permet de caractériser rapidement les propriétés structurelles et physiques des cristaux 2D et 3D de pérovskite, ainsi que des dispositifs solaires complets. IMA™ produit des cartes de photoluminescence et de transmittance sur de grandes aires (100 x 100 µm2 - 1 x 1 mm2) avec une haute résolution spectrale (~nm) et spatiale (~µm). 

Sont présentés ici des données hyperspectrales réalisées avec IMA™ sur des cristaux de pérovskite. Cette étude a été réalisée en collaboration avec le professeur David Cooke (McGill University) et le professeur Mercouri Kanatzidis (Northwestern University). La figure 1 présente des données hyperspectrales en photoluminescence (PL). En seulement quelques minutes, un million de spectres de PL ont été collectés de 550-900 nm (avec un pas de 1 nm) sur une aire de 670 x 900 µm2. La figure 1 (a) et (b) présente deux images monochromatiques de PL prisent à 625 nm et 750 nm respectivement. Il est possible d’observer le contenu spectral à la figure 1 (c) ainsi qu’une carte du décalage du pic central de l’émission à la figure 1 (d).


La figure 2 présente des données hyperspectrales en transmittance d’un différent cristal de pérovskite, sur une aire de 180 x 134 µm2. La figure 3 présente les données de PL de ce même échantillon, en (b) il est possible d’observer le contenu spectral de différentes régions de l’échantillon qui sont mises de l’avant en (a). La figure 3 (c) présente une carte du décalage du pic central de la PL. En quelques minutes, l’entièreté du contenu spectral d’une grande région d’un cristal de pérovskite est obtenue et sa structure est facilement caractérisée.
 

L’imagerie hyperspectrale globale donne accès rapidement à la distribution spatiale :

  • des défauts de surface,
  • des impuretés,
  • des joints de grain,
  • des changements de phases,
  • du désordre,

Cette méthode rapide de caractérisation de la microstructure des échantillons de pérovskite aidera considérablement les chercheurs dans leur compréhension des phénomènes de détérioration et permettra d’accélérer le développement de ces matériaux et mènera à une commercialisation plus rapide des cellules solaires de pérovskite.

FIG 1. Données hyperspectrales en photoluminescence acquises avec IMA™ (excitation laser à 532 nm). (a) Image monochromatique de PL à 625 nm, (b) image monochromatique de PL à 750 nm, (c) spectres de PL extraits de différentes régions sur l’échantillon (voir flèches colorées correspondantes (a)), (d) carte du décalage de PL.

FIG 2. Données hyperspectrales en transmittance acquises avec IMA™. (a) Image monochromatique de transmittance à 610 nm, (b) image monochromatique de transmittance à 840 nm, (c) spectres de transmittance extraits de différentes régions sur l’échantillon (voir flèches colorées correspondantes (a-b)).

FIG 3. Données hyperspectrales en photoluminescence acquises avec IMA™ (excitation laser à 532 nm). (a) Image monochromatique de PL à 625 nm, (b) spectres de PL extraits de différentes régions sur l’échantillon (voir flèches colorées correspondantes (a)), (c) carte du décalage de PL. Ces données ont été réalisées sur le même échantillon et la même zone qu'à la figure 2.

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