(Phys.org) —Au cours des dernières années, les cellules solaires à pérovskite ont fait de grands pas en avant en termes d'efficacité, récemment atteint la conversion d'énergie avec jusqu'à 16 pour cent d'efficacité. Ces dispositifs simples et prometteurs sont assez faciles à fabriquer et sont constitués de matériaux abondants en terre, mais peu de travail a été fait pour explorer leur composition atomique.

Des chercheurs du Brookhaven National Laboratory et de l'Université Columbia ont utilisé des rayons X à haute énergie à la National Synchrotron Light Source (NSLS) pour caractériser la structure de l'iodure de plomb méthylammonium (MAPbI3) dans l'oxyde de titane - le matériau actif des cellules solaires à pérovskite haute performance. Leurs résultats sont rapportés dans un article publié en ligne dans Nano lettres le 22 novembre 2013,

On pense que les propriétés photoluminescentes de ces matériaux dépendent sensiblement du degré d'ordre structurel et des défauts. Pour caractériser la structure, les chercheurs ont utilisé la ligne de lumière X17A au NSLS pour étudier des échantillons du MAPbI3. L'analyse de la fonction de distribution de paires atomiques des données de diffraction des rayons X a révélé que 30 pour cent du matériau forme une phase pérovskite tétragonale, tandis que 70 pour cent existe dans un état désordonné. La présence de matière désordonnée est corrélée à de forts changements dans les spectres de photoluminescence et d'absorbance.

Cette structure désordonnée n'a pas été détectée par les techniques conventionnelles de diffraction des rayons X utilisées dans les études précédentes. "Cette nanostructure devrait avoir un impact significatif sur les propriétés optoélectroniques et les performances des dispositifs des pérovskites, " dit Simon Billinge, co-auteur de l'article et physicien avec une nomination conjointe au Brookhaven National Laboratory et à l'Université de Columbia.

Par exemple, l'absorption de ce matériau composite, fait d'états ordonnés et désordonnés, est décalée vers le bleu d'environ 50 meV par rapport à la structure cristalline de la pérovskite en masse. Ils ont également découvert que la MAPbI3 désordonnée est photoluminescente, alors que le matériau cristallin ne l'est pas.

Cette nouvelle compréhension de la structure de ces matériaux conduira à de meilleures méthodes de dépôt et de traitement qui pourraient augmenter les performances et l'efficacité des futures cellules solaires.

L'analyse de la fonction de distribution de paires atomiques de rayons X à haute énergie effectuée dans cet article sera appliquée à un large éventail de problèmes encore plus difficiles à la ligne de lumière XPD-2 (PDF) à luminosité plus élevée à NSLS-II.