Une nouvelle génération de semi‑conducteurs devrait révolutionner l’énergie photovoltaïque et l’éclairage
Le domaine des semi‑conducteurs a connu une révolution, modifiant la manière dont est utilisée la technologie avec différents dispositifs optoélectroniques. Il s’agit de composants indispensables pour des applications avec des systèmes d’affichage LED (télévisions, ordinateurs, téléphones portables) et des cellules solaires. Dans une étude récente, des chercheurs ont apporté de nouvelles perspectives sur la classe émergente de semi‑conducteurs organiques‑inorganiques hybrides qui pourraient transformer l’éclairage et la récupération d’énergie. En partie soutenus par le projet QUANTUM LOOP, financé par l’UE, des scientifiques ont examiné une classe de semi‑conducteurs appelés pérovskites organiques‑inorganiques d’halogénure (HOIP). Leurs conclusions ont été publiées dans la revue «Nature Materials». Selon un communiqué de l’Institut de Technologie de Géorgie, les HOIP sont écoénergétiques et «faciles à produire et à utiliser.» Dans ce même communiqué, le professeur Carlos Silva, de l’École technique de chimie et de biochimie de Géorgie, met en avant les avantages des HOIP en déclarant qu’ils «sont fabriqués en utilisant des températures basses et traités en solution.» Il ajoute: «Leur fabrication requiert bien moins d’énergie, et vous pouvez fabriquer de grandes fournées.» Le communiqué explique également: «Il faut des températures élevées pour fabriquer la plupart des semi‑conducteurs en petites quantités, et ils sont rigides à appliquer sur les surfaces, mais les HOIP pourraient être peints pour faire briller les LED, les lasers ou même les vitres des fenêtres, de n’importe quelle couleur, en allant de l’aigue‑marine au fuchsia. L’éclairage avec des HOIP peut nécessiter très peu d’énergie, et les marqueurs des panneaux solaires pourraient renforcer l’efficacité de l’énergie photovoltaïque et réduire considérablement les coûts de production.» Cet article fait référence aux HOIP comme «un sandwich de deux couches de réseaux cristallins inorganiques avec quelques matériaux organiques entre elles.» Des processus d’émission de lumière Les semi‑conducteurs des dispositifs optoélectroniques convertissent l’énergie électrique en lumière et la lumière en énergie. Les chercheurs se sont focalisés sur les processus impliqués dans la production de lumière. «L’astuce pour qu'un matériau émette de la lumière est, d’une manière générale, d’appliquer de l’énergie aux électrons dans le matériau, pour leur faire faire un saut quantique à partir de leurs orbites autour des atomes et pour qu’ils émettent ensuite cette énergie sous la forme de lumière lorsqu’ils font un saut en arrière vers les orbites qu’ils ont quittées.» Il est indiqué: «Des semi‑conducteurs établis peuvent piéger des électrons dans des zones du matériau qui limitent strictement l’amplitude de mouvement des électrons, et ensuite appliquer l’énergie à ces zones pour leur faire faire des sauts quantiques à l’unisson afin d’émettre une lumière utile lorsqu’ils font un saut en arrière à l’unisson.» Dans le cas de nouveaux semi‑conducteurs hybrides, «les propriétés excitoniques sont très stables à température ambiante», contrairement aux semi‑conducteurs conventionnels, pour lesquels ces propriétés «sont seulement stables à des températures extrêmement froides», selon le professeur Silva. Le communiqué explique: «Un électron possède une charge négative, et une orbite qu’il quitte après avoir été excité par de l’énergie représente une charge positive appelée “trou d’électron”. L’électron et le trou peuvent tournoyer l’un autour de l’autre en formant une sorte de particule, ou quasi‑particule, imaginaire appelée exciton.» Le professeur Silva insiste sur le fait que l’énergie de liaison, ou l’attraction positive‑négative avec un exciton, est «un phénomène à énergie très élevée, ce qui le rend parfait pour l’émission de lumière.» Le communiqué résume également la dynamique menant à la formation d’autres quasi‑particules, les biexcitons et les polarons. Le projet QUANTUM LOOP (Quantum Light Spectroscopy of Polariton Lasers) a été fondé pour «mettre au point la base de connaissance indispensable sur la photo‑physique à travers de nouvelles spectroscopies optiques», comme indiqué sur CORDIS. Le projet présente «une perspective sur le long terme de création de lasers à polaritons viables sur le plan industriel et intégrant les pérovskites.» Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet QUANTUM LOOP
Pays
Italie
