Le groupe des pérovskites aux halogénures métalliques en tant que matériaux a révolutionné le domaine du photovoltaïque ces dernières années. En général, Les pérovskites aux halogénures métalliques sont des matériaux cristallins qui suivent la structure ABX 3 , avec une composition variable. Ici, UNE, B, et X peut représenter une combinaison de différents ions organiques et inorganiques. Ces matériaux ont un certain nombre de propriétés idéales pour une utilisation dans les cellules solaires et pourraient aider à fabriquer des dispositifs optoélectroniques tels que des lasers, diodes électroluminescentes (LED), ou des photodétecteurs beaucoup plus performants. En ce qui concerne le développement d'une technologie économe en ressources et en énergie, la pertinence de la recherche sur ces matériaux est très élevée.

Les propriétés avantageuses des pérovskites aux halogénures métalliques incluent leur grande capacité de récolte de lumière et leur capacité remarquable à convertir efficacement l'énergie solaire en énergie électrique. Une autre particularité de ces matériaux est que les porteurs de charge et les ions sont mobiles en leur sein. Alors que le transport des porteurs de charge est un processus fondamental requis pour le fonctionnement photovoltaïque de la cellule solaire, les défauts ioniques et le transport ionique ont souvent des conséquences indésirables sur les performances de ces dispositifs. Malgré des progrès importants dans ce domaine de recherche, de nombreuses questions concernant la physique des ions dans les matériaux pérovskites restent ouvertes.

En route vers une meilleure compréhension de ces structures, les universités techniques de Chemnitz et de Dresde ont maintenant fait un grand pas en avant. Dans une enquête conjointe des groupes de recherche autour du professeur Dr. Yana Vaynzof (Chaire des technologies électroniques émergentes à l'Institut de physique appliquée et au Centre pour l'avancement de l'électronique de Dresde—cfaed, TU Dresden) et Prof. Dr. Carsten Deibel (Optique et photonique de la matière condensée, Université de technologie de Chemnitz) sous la direction de l'Université de technologie de Chemnitz, les deux équipes ont découvert le paysage des défauts ioniques dans les pérovskites aux halogénures métalliques. Ils ont pu identifier les propriétés essentielles des ions qui composent ces matériaux. La migration des ions entraîne la présence de défauts dans le matériau, qui ont un effet négatif sur l'efficacité et la stabilité des cellules solaires à pérovskite. Les groupes de travail ont constaté que le mouvement de tous les ions observés, malgré leurs propriétés différentes (telles que charge positive ou négative), suit un mécanisme de transport commun et permet également l'attribution de défauts et d'ions. C'est ce qu'on appelle la règle de Meyer-Neldel. Les résultats ont été publiés dans la célèbre revue Communication Nature .

" Sonder le paysage des défauts ioniques des matériaux pérovskites n'est pas une tâche simple, " dit Sébastien Reichert, assistant de recherche à la Chaire d'optique et de photonique de la matière condensée à l'Université de technologie de Chemnitz et auteur principal de la publication. "Nous avions besoin d'effectuer une caractérisation spectroscopique approfondie sur des échantillons de pérovskite dans lesquels les défauts ont été intentionnellement introduits et leur type et densité ont été progressivement ajustés. Par conséquent, l'expertise des deux équipes a été inestimable, " explique Reichert. Clarifier les mécanismes de transport de base

"L'un des résultats les plus importants de notre étude est l'interaction complexe entre les paysages ioniques et électroniques dans les matériaux pérovskites, " ajoute le Pr Vaynzof, "En changeant la densité des différents défauts ioniques dans les matériaux pérovskites, nous observons que le potentiel intégré et la tension en circuit ouvert des appareils sont affectés. » Cela met en évidence que l'ingénierie des défauts est un outil puissant pour améliorer les performances des cellules solaires à pérovskite au-delà de l'état de l'art.

L'étude conjointe a également révélé que tous les défauts ioniques répondent à la règle dite de Meyer-Neldel. "C'est très excitant car cela révèle des informations fondamentales sur les processus de saut des ions dans les pérovskites, " explique le Pr Deibel. " Nous avons actuellement deux hypothèses concernant l'origine de cette observation et nous prévoyons d'étudier celles-ci dans nos futures études. "