Reprenant le fil de mes thèmes habituels je vous propose une traduction d’un article de la semaine 45 de SCIENCE x qui m’a intéressé
car il peut être classé dans la rubrique « mécanique quantique »
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Hot
electrons harvested without tricks
Electrons
chauds récoltés sans astuces
par
l'Université de Groningue
Une
configuration pour la spectroscopie ultra-rapide, telle qu'utilisée dans
l'étude. Crédit: Maxim Pchenitchnikov, Université de Groningue
Les
semi-conducteurs convertissent l'énergie des photons ( la lumière) en un
courant d'électrons. Cependant, certains photons transportent trop d'énergie
pour être intégralement absorbés par le
matériau cible . Ces photons produisent alors des "électrons chauds" et l'excès
d'énergie de ces électrons est converti en chaleur. Les scientifiques
spécialistes des matériaux ont cherché des moyens de récolter cet excès
d’énergie. Des scientifiques de l’Université de Groningue et de l’Université
technologique de Nanyang (Singapour) ont maintenant montré que cela pourrait
être plus facile que prévu en combinant une pérovskite avec un matériau
accepteur d’ électrons chauds. Leur preuve de validité
du principe a été publiée dans Science Advances le 15 novembre.
Dans les
cellules photovoltaïques, les semi-conducteurs absorberont l’énergie des photons
reçus, mais uniquement à partir des photons qui transportent la juste bonne quantité d’énergie: trop peu, et
les photons traversent le matériau; trop, et l'excès d'énergie est perdu en chaleur.
La bonne quantité est déterminée par la bande interdite: la différence de
niveaux d'énergie entre l'orbitale moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) et
l'orbitale moléculaire occupée la plus basse (LUMO).
"L'énergie
excédentaire des électrons chauds produite par les photons de haute énergie est
très rapidement absorbée par le matériau sous forme de chaleur", explique
Maxim Pshenichnikov, professeur de spectroscopie ultra-rapide à l'Université de
Groningue. Pour capter pleinement l’énergie des électrons chauds, il faut
utiliser des matériaux à bande interdite plus grande. Cependant, cela signifie
que les électrons chauds doivent être transportés illico vers ce matériau avant de perdre leur
énergie. L’approche générale actuelle pour récolter ces électrons consiste à
ralentir la perte d’énergie, par exemple en utilisant des nanoparticules au
lieu d’un matériau en vrac. "Dans ces nanoparticules, les électrons ont
moins d'options pour libérer l'excès d'énergie sous forme de chaleur",
explique Pshenichnikov.
Avec ses
collègues de l'Université technologique de Nanyang, où il a été professeur
invité au cours des trois dernières années, Pshenichnikov a étudié un système
dans lequel un semi-conducteur hybride organique-inorganique à base de
pérovskite était associé au composé organique la bathophénanthroline (bphen), un matériau à
large bande interdite. . Les scientifiques ont utilisé la lumière laser pour
exciter les électrons dans la pérovskite et ont étudié le comportement des
électrons chauds
"Nous
avons utilisé une méthode appelée" pump-push probing "pour exciter
les électrons en deux étapes et les étudier à des échelles de temps
femtosecondes", explique Pshenichnikov. Cela a permis aux scientifiques de
produire des électrons dans les pérovskites avec des niveaux d'énergie juste
au-dessus de la bande interdite de la bphen,
sans exciter les électrons dans la bphen. Par conséquent, tous les électrons
chauds dans ce matériau proviendraient de la pérovskite.
Les
résultats ont montré que les électrons chauds du semi-conducteur pérovskite étaient
facilement absorbés par la bphen. "Cela s'est passé sans qu'il soit
nécessaire de ralentir ces électrons, et de plus, en vrac. Donc, sans aucune
astuce, les électrons chauds ont été récoltés." Cependant, les
scientifiques ont remarqué que l’énergie requise était légèrement supérieure à
la celle de la bande de Bphen. "C'était inattendu.
Apparemment, un peu plus d'énergie est nécessaire pour surmonter une sorte de barrière à l'interface entre les deux
matériaux."
Néanmoins,
l’étude fournit une preuve de principe pour la collecte d’électrons chauds dans
un matériau semi-conducteur du type pérovskite
en vrac. Pshenichnikov a déclaré: "Les expériences ont été réalisées avec
une quantité d’énergie réaliste, comparable à la lumière visible. Le prochain
défi consiste à construire un dispositif réel utilisant cette combinaison de
matériaux."
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Explore further
Slow 'hot electrons' could improve solar cell
efficiency
More information: "Hot carrier extraction in
CH3NH3PbI3 unveiled by pump-push-probe spectroscopy" Science Advances
(2019). advances.sciencemag.org/content/5/11/eaax3620
Journal
information: Science Advances
Provided by
University of Groningen
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MES
COMMENTAIRES
Voilà
typiquement les recherches qui peuvent intéresser les allemands bien plus engagés que nous sur l’utilisation
des panneaux solaires …. Qu ils soient allés
chercher des idées chez les chinois de Singapour (l'Université technologique de
Nanyang, )ne m’étonne pas davantage de
leur part !
Mais
revenons sur le fond du problème :
faut il commander a notre Soleil
de nous envoyer les photons qui ont pile la bonne énergie ,ou bien faire comme les portugais qui
mettent l’arrière train de leur panneaux
solaires dans l’eau froide ou plutôt trouver la bonne astuce simple
pour prendre tout ce que le bon vieux
Soleil nous envoie …… quittes a «
doper » avec de la bphen ???
Réponse : tout dépend du prix de revient !
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