Les cellules solaires à pérovskite sont une alternative aux cellules solaires conventionnelles au silicium, sur le point d'entrer sur le marché avec leurs rendements de conversion d'énergie élevés (supérieurs à 22 %, maintenant) et une baisse des dépenses d'investissement et des coûts de fabrication.

L'une des principales méthodes de dépôt de films de pérovskite sur des structures de panneaux est un processus connu sous le nom de réaction de dépôt séquentiel, qui a été développé en 2013 par Michael Grätzel et des collaborateurs de l'EPFL. De nombreuses études ont tenté de contrôler ce processus avec des additifs, changements de composition, et les effets de la température. Cependant, aucun de ceux-ci n'a fourni une compréhension complète de l'ensemble de la réaction de dépôt séquentiel. Cela empêche un contrôle adéquat de la qualité du film, qui détermine les performances de la cellule solaire.

Une étude de Michael Grätzel et Amita Ummadisingu à l'EPFL offre désormais l'étude la plus systématique et la plus complète de la réaction de dépôt séquentiel à ce jour. Les scientifiques ont commencé par l'analyse par diffraction des rayons X et la microscopie électronique à balayage pour étudier en profondeur la cristallisation de l'iodure de plomb (PbI2), qui est la première étape de la réaction. Ils ont ensuite utilisé, pour la première fois, Imagerie SEM-cathodoluminescence pour étudier la dynamique à l'échelle nanométrique de la formation de film de pérovskite.

"Nous avons combiné deux outils puissants pour obtenir des informations de composition sur la surface du film pendant la formation de pérovskite, " dit Amita Ummadisingu. " Cette technique nous permet d'obtenir une résolution à l'échelle nanométrique étonnante, ce qui signifie que nous pouvons voir, pour la première fois, que des agrégats cristallins mixtes composés de pérovskite et de PbI2 se forment au cours de la réaction."

Prochain, les scientifiques ont utilisé une cartographie de photoluminescence en coupe transversale, qui a révélé la directionnalité de la réaction de conversion. Ce type d'informations était jusqu'à présent inaccessible avec l'imagerie de surface standard car les couches situées les unes sous les autres sont inaccessibles. Mais avec l'aide de détecteurs de photons hybrides haute définition à la pointe de la technologie, les chercheurs ont pu simultanément imager la PbI2 et les pérovskites dans ces coupes. "Nous avons identifié pris au piège, PbI2 n'ayant pas réagi à l'intérieur du film de pérovskite en utilisant cette technique, ce qui est très utile, " dit Ummadisingu.

"Nos résultats répondent enfin à plusieurs questions ouvertes concernant l'emplacement et le rôle du PbI2 résiduel dans les cellules solaires à pérovskite, " dit Michael Grätzel. " Sur une note plus large, notre démonstration innovante des utilisations de cette technique ouvre la porte à la compréhension des propriétés des pérovskites dans les sections transversales verticales des cellules solaires, pas seulement la surface de pérovskite comme dans la littérature."

L'étude est publiée dans Avancées scientifiques .