Les cellules solaires à base de pérovskites ont atteint des rendements extrêmement élevés en quelques années seulement. Ceux avec la pérovskite aux halogénures hybrides, c'est-à-dire des matériaux contenant des composants inorganiques et organiques, atteindre des rendements particulièrement élevés, mais manque de stabilité à long terme. Même si les semi-conducteurs pérovskites inorganiques, comme le CsPbI 3 , sont moins efficaces, ils sont également considérés comme intéressants, car ils peuvent surmonter les problèmes de stabilité des pérovskites hybrides.

Jusqu'à maintenant, il a été supposé que les pérovskites hybrides et purement inorganiques ne diffèrent pas fondamentalement par leur structure cristalline. Lors de la production de matériaux pérovskites, il arrive souvent qu'il ne se forme pas de gros monocristaux, mais d'innombrables minuscules cristaux jumeaux à la place. Cela rend une analyse de structure cristalline particulièrement compliquée et sujette aux erreurs et à une faible précision.

Une équipe HZB dirigée par le professeur Susan Schorr et le Dr Joachim Breternitz a maintenant réalisé une percée dans la compréhension de la structure cristalline des pérovskites aux halogénures hybrides. L'équipe a étudié des échantillons cristallins d'iodure de plomb méthylammonium (MAPbI 3 ), le représentant le plus éminent de cette classe de matériaux, au synchrotron Diamond Light Source (DLS) au Royaume-Uni en utilisant la diffraction monocristalline à haute résolution. Cette approche a fourni des données pour une analyse plus approfondie de la structure cristalline de ce matériau.

L'équipe a également pu clarifier si des effets ferroélectriques sont possibles dans cette pérovskite hybride aux halogénures. Les domaines ferroélectriques peuvent avoir des effets favorables dans les cellules solaires et augmenter leur efficacité. Cependant, mesurer cet effet dans des échantillons est difficile - un résultat nul peut signifier qu'il n'y a pas d'effet ferroélectrique ou que les domaines ferroélectriques s'annulent les uns les autres.

« D'un point de vue cristallographique, certaines conditions sont nécessaires à la ferroélectricité :un effet ferroélectrique ne peut se produire que si la structure cristalline ne contient pas de centre d'inversion, et de plus s'il présente un moment polaire permanent, " explique Breternitz.

Précédemment, il a été supposé que la structure cristalline de MAPbI 3 contenait un centre d'inversion. Cependant, les résultats de l'analyse de la structure cristalline montrent que ce n'est pas le cas :"Le cation organique méthylammonium MA+ joue un rôle majeur dans cela, " explique Breternitz. En effet, la molécule MA n'est pas à symétrie sphérique et est également considérablement plus grande qu'un seul atome, de sorte qu'il génère un moment polaire avec les atomes d'iode adjacents. L'apparition de domaines ferroélectriques dans MAPbI 3 est donc possible.

Pour les pérovskites inorganiques incorporant un atome alcalin à la place de la molécule MA, ce mécanisme n'est pas applicable. Cela signifie que les pérovskites inorganiques les plus stables peuvent être fondamentalement un peu plus limitées dans leur efficacité que leurs parents halogénures hybrides.