Des spécialistes des matériaux de l'Université d'État Lomonossov de Moscou ont expliqué les lois de dissolution et de cristallisation des pérovskites hybrides et ont proposé une nouvelle approche pour obtenir des films pour cellules solaires. Ils ont expliqué les mécanismes clés de l'interaction des pérovskites hybrides avec les solvants et suggéré de nouvelles approches pour obtenir des couches absorbant la lumière de pérovskite pour les cellules solaires à couche mince à partir de solvants aprotiques faiblement coordonnés.
Les résultats de l'étude ont été récemment publiés dans la revue de haut niveau Chimie des Matériaux .
Les cellules solaires à couche mince à base de pérovskites hybrides ont déjà atteint un rendement de 23,2 %, surpassant les cellules solaires traditionnelles à base de silicium. La couche absorbant la lumière de pérovskite dans de tels dispositifs peut être obtenue par des méthodes de solution plus simples et moins chères. Les scientifiques ont étudié les processus de cristallisation de la pérovskite à partir d'un solvant aux propriétés inhabituelles, la gamma-butyrolactone (GBL).
"Dans notre laboratoire, nous développons de nouvelles méthodes innovantes sans solvant pour obtenir des cellules solaires, mais nous accordons également une grande attention aux aspects fondamentaux de la chimie de la pérovskite. C'est un trait caractéristique traditionnel de l'école des sciences des matériaux de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, qui nous distingue de la plupart des groupes mondiaux, " a déclaré le chercheur collaborateur Alexey Tarasov.
Il existe deux solvants qui sont généralement utilisés pour préparer des films minces de pérovskite à partir de solutions :le diméthylsulfoxyde et le diméthylformamide. Cependant, des travaux antérieurs ont montré que la cristallisation à partir de ces solvants passe par la formation de composés intermédiaires - cristallosolvates, ce qui peut altérer la morphologie et les propriétés fonctionnelles de la couche de pérovskite.
En tant que solvant de la pérovskite, La GBL présente une solubilité dite rétrograde - la solubilité de la pérovskite dans la GBL diminue avec l'augmentation de la température. Cette fonctionnalité a été largement utilisée par les chercheurs pour produire des monocristaux, alors que les tentatives pour obtenir un film mince ont abouti à la formation de cristallites individuelles séparées sur un substrat. Pendant longtemps, ce comportement inhabituel des solutions de pérovskite dans la GBL est resté mal compris. On croyait que l'interaction pérovskite-GBL est suffisamment faible pour qu'elle ne forme même pas de solvates avec elle. Cependant, les scientifiques ont découvert qu'il existe au moins trois types de cristaux de pérovskite avec GBL, et certains d'entre eux ont une structure de cluster unique. Il est devenu clair que l'équilibre dans les solutions de pérovskite dans GBL est beaucoup plus compliqué que prévu.
"Nous avons établi que la pérovskite se dissout à température ambiante avec la formation de tels amas, et lors du chauffage, ils se décomposent en petits complexes. Cela conduit à la sursaturation et à la précipitation de la pérovskite à partir de la solution sous forme de monocristaux. Nous avons montré que c'était la précipitation d'un adduit de cluster à la place de la pérovskite qui empêchait la formation de films minces à partir de ce solvant. Sur la base de la compréhension des processus qui se produisent lors de la dissolution de la pérovskite dans la GBL, nous avons proposé des approches qui contournent la formation d'amas et aboutissent à la cristallisation de la pérovskite. Par conséquent, nous avons obtenu pour la première fois des films de haute qualité de GBL. C'est un excellent exemple de l'application pratique des connaissances chimiques fondamentales pour la solution des problèmes de la science des matériaux - exactement ce qu'on appelle généralement la science fondamentale des matériaux dans le monde entier, " a conclu Alexeï Tarasov.
