Les performances et la stabilité des cellules solaires dépendent de la morphologie des films minces, en particulier leur capacité à cristalliser dans la phase dite photoactive. Les pérovskites contenant du plomb ont tendance à combiner divers halogénures, telles que les formes anioniques du brome et de l'iode, avec des mélanges de méthylammonium, formamidinium, césium et autres cations. Ceux-ci ont conduit à des rendements de conversion et des stabilités thermiques records par rapport à leur monohalogénure, analogues à cation unique. Cependant, ces halogénures mélangés, les films de pérovskite à cations mixtes n'ont été caractérisés que par des techniques de post-dépôt ex-situ. Cela limite la compréhension des mécanismes qui régissent leur croissance de leur précurseur sol-gel à leur état solide et bloque les tentatives d'amélioration des performances et de la stabilité du dispositif.

Maintenant, Stefan De Wolf, son postdoctorant Kai Wang et ses collègues ont enquêté sur l'impact des cations, halogénures et antisolvant ruisselant sur halogénure mixte, films de pérovskite à cations mixtes. L'équipe a suivi l'évolution structurelle des films pendant le processus de dépôt par centrifugation à l'aide d'une technique de diffusion des rayons X in situ. La technique aux rayons X a sondé les films à l'échelle atomique depuis leur précurseur sol-gel jusqu'à l'état solide et a fourni des informations sur la formation d'intermédiaires cristallins pendant la solidification. Les chercheurs ont également incorporé les films dans des cellules solaires et évalué les performances et la stabilité des dispositifs résultants.

"Notre étude fournit des informations critiques sur la cristallisation des systèmes multi-composants vers des cellules solaires à pérovskite haute performance, " dit Wang. Les changements dans les compositions de l'halogénure et du cation ont considérablement affecté la solidification des précurseurs de pérovskite pendant le revêtement par centrifugation et la formation ultérieure de la phase souhaitée lors de l'ajout d'antisolvant.

La période nécessaire pour générer des films de haute qualité par addition d'antisolvant s'est terminée lorsque la structure sol-gel s'est effondrée pour produire des sous-produits cristallins en fonction du mélange précurseur. Par conséquent, le réglage du mélange halogénure-cation pourrait retarder cet effondrement, élargir la fenêtre d'égouttement de l'antisolvant de quelques secondes à plusieurs minutes. Également, l'incorporation simultanée de cations de césium et de rubidium dans la pérovskite a stimulé de manière synergique la formation de la phase . La longueur de cette fenêtre a montré peu d'effet sur les performances des cellules solaires résultantes tant que l'antisolvant a été ajouté au cours de cette période.

Ces résultats suggèrent de nouvelles directions pour le développement de formulations de pérovskite qui peuvent stabiliser davantage l'état sol-gel et promouvoir sa conversion en la phase de pérovskite souhaitable. « Ceci est essentiel pour obtenir de meilleures performances, reproductible, fabrication rentable et évolutive de cellules solaires à pérovskite, " dit Wang.

L'équipe travaille au transfert de ces connaissances vers d'autres technologies de dépôt pour progresser vers des cellules solaires à pérovskite prêtes pour le marché.