Les appareils à pérovskite se mettent sous tension

Nature Electronics volume 6, page 545 (2023)Citer cet article

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Les pérovskites aux halogénures métalliques sont de plus en plus utilisées dans des applications allant au-delà du photovoltaïque conventionnel, depuis les cellules solaires flexibles pour les appareils portables jusqu'aux transistors à effet de champ pour l'informatique non conventionnelle.

La recherche sur les cellules solaires a été dominée ces dernières années par les travaux sur les pérovskites. Ces pérovskites sont des pérovskites aux halogénures métalliques, telles que l'iodure de plomb de méthylammonium (CH3NH3PbI3), qui ont la même structure cristalline et la même formule chimique générale que le minéral également connu sous le nom de pérovskite, le titanate de calcium (CaTiO3). Les travaux se concentrent souvent sur la création d’une technologie photovoltaïque à grande échelle qui pourrait surpasser les approches commerciales, dominées par le silicium cristallin. Mais les caractéristiques de ces matériaux transformables en solution, notamment une fabrication à faible coût et la capacité de créer des dispositifs flexibles à couche mince, signifient qu'ils présentent également une valeur potentielle dans des applications moins conventionnelles. Pour illustrer, dans un article de ce numéro de Nature Electronics, Martin Kaltenbrunner, Wei Gao et leurs collègues montrent qu'une cellule solaire à pérovskite peut être utilisée pour alimenter un capteur de sueur portable.

Les capteurs portables dépendent généralement de batteries pour leur alimentation. Mais ceux-ci peuvent être encombrants et nécessitent d’être rechargés avec une source d’électricité externe. Les cellules solaires pourraient constituer une option plus légère et plus durable. Cependant, les cellules solaires au silicium conventionnelles sont rigides et fragiles et peuvent avoir des difficultés dans des conditions de faible luminosité ou en intérieur. Les chercheurs du California Institute of Technology et de l'Université Johannes Kepler de Linz se sont donc tournés vers les cellules solaires à pérovskite, et en particulier vers un module de cellule solaire à pérovskite flexible quasi bidimensionnel.

Leur capteur de sueur contient des électrodes d'iontophorèse pour la stimulation de la sueur, des composants microfluidiques pour l'échantillonnage de la sueur, des capteurs électrochimiques pour l'analyse de la sueur et un capteur impédimétrique pour la surveillance du taux de transpiration, ainsi qu'un système Bluetooth pour la transmission de données sans fil. Malgré cette longue liste de fonctionnalités, grâce au module de cellule solaire en pérovskite (qui a un rendement de conversion de puissance de plus de 31 % sous un éclairage intérieur), l'appareil peut fonctionner dans diverses conditions d'éclairage. L'équipe montre que le capteur portable peut surveiller en continu les informations physico-chimiques d'une personne - niveaux de glucose, de pH et d'ions sodium, ainsi que taux de transpiration et température de la peau - pendant plus de 12 heures et pendant diverses activités physiques intérieures et extérieures. (Voir également l'article News & Views sur les travaux de Jussi Hiltunen du Centre de recherche technique VTT de Finlande.)

Les propriétés attrayantes des pérovskites aux halogénures métalliques comprennent une mobilité élevée des porteurs, de longues longueurs de diffusion et des bandes interdites réglables. Et ces matériaux ont été largement explorés dans d’autres dispositifs optoélectroniques, notamment les diodes électroluminescentes (DEL)1, où les progrès ont été rapides, comme ceux des cellules solaires à pérovskite. Dans les applications autres que les dispositifs optoélectroniques, les développements ont été plus lents. En particulier, bien que les travaux sur les transistors à effet de champ pérovskite remontent à 1999 – où des dispositifs basés sur de l’iodure d’étain de phényléthylammonium en couches bidimensionnelles ((C6H5C2H4NH3)2SnI4) ont été testés2 – le potentiel de ces transistors est incertain. Mais les résultats récents sont encourageants.

Dans un article Perspective ailleurs dans ce numéro, Huihui Zhu, Yong-Young Noh et leurs collègues examinent le développement de transistors à halogénure métallique et pérovskite. Les chercheurs, basés dans des instituts en Corée du Sud, en Chine, en Italie et aux États-Unis, discutent des propriétés électroniques et structurelles pertinentes des semi-conducteurs aux halogénures pérovskites et examinent les limites des systèmes pérovskites à base de plomb et le potentiel de la pérovskite à base d'étain. systèmes pour fournir des appareils hautes performances. Ils explorent également les applications potentielles de ces transistors à effet de champ pérovskite – des circuits intégrés tridimensionnels monolithiques à l’optoélectronique neuromorphique – et mettent en évidence certains des défis à relever pour créer des dispositifs et des circuits pratiques.