Une équipe du Helmholtz-Zentrum Berlin a réussi à produire des films minces de pérovskite inorganique à des températures modérées en utilisant la co-évaporation, ce qui rend inutile le post-revenu à haute température. Le processus facilite beaucoup la production de cellules solaires à couche mince à partir de ce matériau. Par rapport aux pérovskites hybrides métal-organiques, les pérovskites inorganiques sont plus stables thermiquement. L'ouvrage a été publié dans Matériaux énergétiques avancés .

Partout dans le monde, des équipes travaillent intensément au développement de cellules solaires à pérovskite. L'accent est mis sur ce que l'on appelle les pérovskites hybrides métal-organique dont la structure cristalline est composée d'éléments inorganiques tels que le plomb et l'iode ainsi que d'une molécule organique.

Semi-conducteurs de pérovskite complètement inorganiques tels que CsPbI 3 ont la même structure cristalline que les pérovskites hybrides, mais contiennent un métal alcalin tel que le césium au lieu d'une molécule organique. Cela les rend beaucoup plus stables que les pérovskites hybrides, mais nécessite généralement une étape de production supplémentaire à très haute température, plusieurs centaines de degrés Celsius. Pour cette raison, Les semi-conducteurs de pérovskite inorganique ont jusqu'à présent été difficiles à intégrer dans des cellules solaires à couche mince qui ne peuvent pas résister à des températures élevées. Une équipe dirigée par le Dr Thomas Unold a maintenant réussi à produire des semi-conducteurs de pérovskite inorganique à des températures modérées afin qu'ils puissent également être utilisés dans des cellules à couche mince à l'avenir.

Les physiciens ont conçu une expérience innovante dans laquelle ils ont synthétisé et analysé de nombreuses combinaisons de matériaux dans un seul échantillon. En utilisant la co-évaporation d'iodure de césium et d'iodure de plomb, ils ont produit de fines couches de CsPbI 3 , varier systématiquement les quantités de ces éléments, tandis que la température du substrat était inférieure à 60 degrés Celsius.

"Une approche de recherche combinatoire comme celle-ci nous permet de trouver des paramètres de production optimaux pour de nouveaux systèmes de matériaux beaucoup plus rapidement qu'avec l'approche conventionnelle qui nécessite généralement la production de 100 échantillons pour 100 compositions différentes", explique Unold. Grâce à une analyse minutieuse lors de la synthèse et les mesures ultérieures des propriétés optoélectroniques, ils ont pu déterminer comment la composition du film mince affecte les propriétés du matériau.

Leurs mesures montrent que les propriétés structurelles ainsi que les propriétés optoélectroniques importantes du matériau sont sensibles au rapport césium/plomb. Ainsi, un excès de césium favorise une phase pérovskite stable avec une bonne mobilité et une bonne durée de vie des porteurs de charge.

En coopération avec le HZB Young Investigator Group du Prof. Steve Albrecht, ces CsPbI optimisés 3 des couches ont été utilisées pour démontrer des cellules solaires à pérovskite avec une efficacité initiale de plus de 12% et des performances stables proches de 11% pendant plus de 1200 heures. « Nous avons montré que les absorbeurs de pérovskite inorganiques pourraient également convenir à une utilisation dans des cellules solaires à couche mince s'ils peuvent être fabriqués de manière adéquate. Nous pensons qu'il existe une grande marge d'amélioration », dit Unold.