L'iodure de plomb formamidinium est un très bon matériau pour les cellules photovoltaïques, mais obtenir la bonne structure cristalline stable est un défi. Les techniques développées jusqu'à présent ont produit de mauvais résultats. Cependant, scientifiques de l'Université de Groningue, dirigé par le professeur de photophysique et d'optoélectronique Maria Antonietta Loi, l'ont maintenant fissuré à l'aide d'une lame et d'une solution de trempage. Les résultats ont été publiés dans la revue Nanoéchelle le 15 mars 2019.

Iodure de plomb formamidinium (FAPbI 3 ) est une pérovskite, un cristal avec une structure distinctive. Les pérovskites portent le nom d'un minéral de formule chimique ABX3. Dans une maille cubique idéalisée, la position X est occupée par des anions qui forment un octaèdre avec un cation central en position B tandis que les coins du cube sont occupés par les cations en position A (voir photo).

Production industrielle

"Ce matériau iodure de plomb formamidinium a de très bonnes caractéristiques, mais l'ion formamidinium en position A provoque une instabilité dans la structure, " explique Loi. Les films tridimensionnels réalisés à partir de ce matériau s'avèrent le plus souvent être un mélange d'une phase photoactive et d'une phase photoinactive, ce dernier étant préjudiciable à l'application finale. Loi a donc établi son doctorat. étudiant Sampson Adjokatse à travailler pour trouver une solution.

Après avoir testé les stratégies possibles, il en a trouvé un qui fonctionnait. "Et, surtout, un qui est évolutif et pourrait être utilisé pour la production industrielle, " dit Loi. Après tout, les cellules solaires doivent être produites en grands panneaux et il est très important de trouver une bonne technique et bon marché pour le faire. Adjokatse a commencé avec une pérovskite différente, dans lequel le formamidinium a été remplacé par une molécule de 2 phényléthylammonium plus grosse, et, ce faisant, a formé une pérovskite 2-D. Ce matériau a été déposé en couche mince selon la technique du "docteur-lame", liés à des techniques largement utilisées dans les procédés industriels tels que l'impression.

Lame

"Essentiellement, vous étalez la matière sur un substrat à l'aide d'une lame, " explique Adjokatse. La lame peut être réglée pour produire un film d'environ 500 nanomètres d'épaisseur, créer la couche de pérovskite 2-D. "Le point important est que ces films sont très lisses avec de grands domaines cristallins allant jusqu'à 15 micromètres, " dit Adjokatse. Les films lisses 2-D à base d'iodure de plomb 2-phényléthylammonium ont été utilisés comme modèle pour produire des films 3-D d'iodure de plomb formamidinium.

Ceci a été réalisé en plongeant le film 2-D dans une solution contenant de l'iodure de formamidinium. Cela a abouti à la croissance d'un film 3-D par « l'échange de cations, " où le formamidinium a remplacé le 2 phényléthylammonium. " Ces films présentent une photoluminescence beaucoup plus élevée que les films de référence en iodure de plomb et de formamidinium 3-D et présentent une stabilité accrue lorsqu'ils sont exposés à la lumière ou à l'humidité, " dit Loi. " Cela signifie que nous avons maintenant une méthode pour la production de films de haute qualité pour les cellules solaires à pérovskite en utilisant une technique évolutive industriellement. "