Les couches de pérovskite métal-organique pour les cellules solaires sont souvent fabriquées en utilisant la technique de revêtement par centrifugation sur des substrats compacts. Ces couches de pérovskite présentent généralement des trous, atteindre des niveaux d'efficacité étonnamment élevés. La raison pour laquelle ces trous ne provoquent pas de courts-circuits importants entre le contact avant et arrière a maintenant été découverte par une équipe HZB dirigée par le Dr-Ing. Marcus Baer en coopération avec le groupe dirigé par le professeur Henry Snaith (Université d'Oxford) à BESSY II.

Les premières pérovskites organo-métalliques présentaient des niveaux d'efficacité de quelques pour cent seulement (2,2 pour cent en 2006). Cela a changé rapidement, toutefois. Le niveau record se situe maintenant considérablement au-dessus de 22%. L'augmentation équivalente de l'efficacité de la technologie des cellules solaires au silicium dominante commercialement a pris plus de 50 ans. En outre, des films minces en pérovskites organométalliques à faible coût peuvent être produits à grande échelle, par exemple, par centrifugation et cuisson (au cours desquelles le solvant s'évapore et le matériau cristallise).

Néanmoins, le film mince de pérovskite qui résulte du dépôt par centrifugation sur des substrats compacts n'est généralement pas parfait, mais présente à la place de nombreux trous. Le problème est que ces trous pourraient conduire à des courts-circuits dans la cellule solaire par les couches adjacentes de la cellule solaire entrant en contact. Cela réduirait considérablement le niveau d'efficacité. Cependant, une telle réduction n'est pas observée.

Maintenant, Marcus Bär et son groupe, en collaboration avec le groupe Spectro-Microscopie de l'Institut Fritz Haber, ont soigneusement examiné des échantillons de Henry Snaith. En utilisant la microscopie électronique à balayage, ils ont cartographié la morphologie de la surface. Ils ont ensuite analysé les zones d'échantillon présentant des trous pour leur composition chimique en utilisant des méthodes spectromicrographiques à BESSY II. "Nous avons pu montrer que le substrat n'était pas vraiment exposé, même dans les trous, mais plutôt, une fine couche se forme, essentiellement du fait des procédés de dépôt et de cristallisation, qui empêche apparemment les courts-circuits, " explique la doctorante Claudia Hartmann.

Les scientifiques ont également pu constater que la barrière énergétique que les porteurs de charge ont dû franchir pour se recombiner entre eux en cas de rencontre directe des couches de contact est relativement élevée. "La couche de transport d'électrons (TiO2) et le matériau de transport des porteurs de charge positifs (Spiro MeOTAD) n'entrent pas en contact direct en réalité. De plus, la barrière de recombinaison entre les couches de contact est suffisamment élevée pour que les pertes dans ces cellules solaires soient infimes malgré les nombreux trous dans la couche mince de pérovskite, " dit Bär.

L'étude est publiée dans Interfaces de matériaux avancées .