Chercheurs du Département des sciences des matériaux, MSU Lomonossov, ont déterminé comment le changement du rapport des composants formant la couche absorbant la lumière d'une cellule solaire à pérovskite influence la structure des films résultants et l'efficacité de la batterie. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le Journal de chimie physique C .

Les pérovskites organiques-inorganiques sont une nouvelle classe de matériaux photoactifs (c'est-à-dire réagissant à la lumière). Ils ont été nommés d'après le minéral pérovskite (CaTiO 3 , titanate de calcium) en raison de similitudes structurelles, bien que le leur soit beaucoup plus intéressant. De tels matériaux peuvent être utilisés pour créer des batteries solaires à pérovskite, qui ont été introduits pour la première fois il y a seulement cinq ans, mais ont déjà dépassé l'efficacité des éléments solaires en silicium plus chers.

Dans leur étude précédente, les auteurs ont découvert que les hybrides filiformes (filiformes) de pérovskites ont acquis leur forme en raison de la structure des composés intermédiaires, qui se forment au cours du processus de cristallisation de la pérovskite. Les chercheurs ont découvert tout un groupe de ces composés, dont chacun est un solvate cristallin. Les solvates cristallins sont des composés cristallins avec des molécules du solvant des composants précurseurs intégrées dans leur structure. Les composants dissous précipitent de la solution et forment un film cristallin de pérovskite.

Les chercheurs ont sélectionné et décrit trois composés intermédiaires qui sont des solvates cristallins de l'un des deux solvants le plus souvent utilisés dans la création de batteries solaires à pérovskite. Pour deux de ces composés, leur structure cristalline a été établie pour la première fois.

"Nous avons constaté que la formation de composés intermédiaires est l'un des facteurs clés qui détermine les propriétés fonctionnelles de la couche de pérovskite finale, car les cristaux de pérovskite héritent de la forme de ces composés. Ceci, à son tour, influence la morphologie du film et l'efficacité des cellules solaires. Il est particulièrement important lors de la création de films de pérovskite minces, parce que la forme aciculaire ou filiforme des cristaux conduira à un film discontinu, ce qui réduira considérablement l'efficacité de la cellule solaire. La connaissance de l'influence du ratio de réactifs précurseurs sur la forme des cristaux de pérovskite finaux permettra aux chercheurs de choisir délibérément les conditions d'obtention de films optimaux, ce qui se traduira par des cellules pérovskites à haute efficacité, ", explique le chercheur principal Alexey Tarasov de l'Université d'État Lomonossov de Moscou.

De tels composés intermédiaires sont instables, les auteurs ont donc utilisé le rayonnement synchrotron et les basses températures pour refroidir les cristaux à la température de -173 °C. La congélation a permis aux scientifiques d'arrêter la décomposition des cristaux et d'effectuer les mesures nécessaires pour déterminer la structure des solvates.

En outre, les chercheurs ont étudié la stabilité thermique des composés obtenus et sont parvenus à calculer l'énergie de leur formation à l'aide d'une modélisation de la chimie quantique. Connaître l'énergie de formation permet d'expliquer pourquoi certains cristaux se forment en utilisant différents solvants.

Les auteurs ont également appris que le rapport des réactifs en solution détermine spécifiquement quel composé intermédiaire se formera au cours du processus de cristallisation. La structure cristalline du composé intermédiaire définit la forme des cristaux de pérovskite formés, qui détermine la structure de la couche absorbant la lumière. Cette structure, à son tour, influence le rendement de la batterie solaire créée.