Perovskite solceller är ett alternativ till konventionella kiselsolceller, redo att komma in på marknaden med sin höga effektkonverteringseffektivitet (över 22 procent, nu) och lägre investerings- och tillverkningskostnader.

En av huvudmetoderna för att deponera perovskitfilmer på panelstrukturer är en process som kallas sekventiell avsättningsreaktion, som utvecklades 2013 av Michael Grätzel och medarbetare på EPFL. Många studier har försökt kontrollera denna process med tillsatser, kompositionsförändringar, och temperatureffekter. Dock, ingen av dessa har gett en fullständig förståelse av hela den sekventiella avsättningsreaktionen. Detta förhindrar tillräcklig kontroll över filmkvaliteten, som bestämmer solcellens prestanda.

En studie av Michael Grätzel och Amita Ummadisingu vid EPFL erbjuder nu den mest systematiska och fullständiga studien av den sekventiella deponeringsreaktionen hittills. Forskarna började med röntgendiffraktionsanalys och svepelektronmikroskopi för att på djupet studera kristallisationen av blyjodid (PbI2), vilket är det första steget i reaktionen. De använde då, för första gången, SEM-katodoluminescensavbildning för att studera dynamiken i nanoskala för perovskitfilmbildning.

"Vi har kombinerat två kraftfulla verktyg för att få kompositionsinformation om filmens yta under perovskitbildning, " säger Amita Ummadisingu. "Denna teknik gör det möjligt för oss att uppnå enastående upplösning i nanoskala vilket innebär att vi kan se, för första gången, att blandade kristallina aggregat bestående av perovskit och PbI2 bildas under reaktionen."

Nästa, forskarna använde tvärsnittsfotoluminescenskartläggning, som avslöjade omvandlingsreaktionens riktning. Den här typen av information har hittills varit ouppnåelig med vanlig ytavbildning eftersom lager som ligger under varandra är otillgängliga. Men med hjälp av toppmoderna hybrid-högupplösta fotondetektorer, forskarna kunde samtidigt avbilda PbI2 och perovskiter i dessa tvärsnitt. "Vi identifierade instängda, oreagerad PbI2 inuti perovskitfilmen med denna teknik, vilket är väldigt användbart, säger Ummadisingu.

"Våra fynd svarar slutligen på flera öppna frågor om platsen och rollen för kvarvarande PbI2 i perovskitsolceller, " säger Michael Grätzel. "I en bredare anmärkning, vår innovativa demonstration av denna tekniks användning öppnar dörren för att förstå egenskaperna hos perovskiter i vertikala tvärsnitt av solceller, inte bara perovskitytan som i litteraturen."

Studien publiceras i Vetenskapens framsteg .