Les cellules photovoltaïques à pérovskite hybride halogénée (PHH) sont très étudiées depuis une dizaine d'années. Elles atteignent aujourd'hui des rendements de conversion énergétique proches de celles des cellules solaires au silicium, de l'ordre de 25,5 %. Toutefois de nombreux défis restent à relever pour stabiliser leurs performances au cours du temps, et en particulier, maîtriser les propriétés structurales des couches minces. Celles-ci sont notamment impactées par l'état de contrainte du réseau cristallin qu'elles forment et par son orientation.
Pour en savoir plus, des chercheurs de l'Irig ont choisi d'étudier des couches minces de MAPbI3, l'une des pérovskites hybrides halogénées de référence.
Dans un premier temps, ils ont observé leur déformation par diffraction de rayons X in situ.
Après avoir suivi l'état de déformation des couches depuis leur formation à 100°C jusqu'à leur refroidissement à température ambiante, ils remettent en question l'hypothèse communément acceptée selon laquelle les couches de PHH présentent une déformation à température ambiante, due à la différence de dilatation thermique entre la pérovskite et son substrat.
Dans un second temps, ils ont mesuré l'orientation du réseau cristallin dans ces couches minces, par microscopie de rayons X en diffraction à l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) – une technique utilisant le rayonnement synchrotron qui permet de visualiser tous les domaines cristallins présentant une même orientation.
Leurs résultats permettent d'attribuer l'origine d'une double texture cristallographique, parfois observée dans les mesures de diffraction de rayons X, à la présence de mâcles (associations de cristaux similaires) ferroélastiques, se formant lors d'une transition structurale de MAPbI3, vers 57 °C.
Ces études expérimentales ont enfin été complétées par des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) qui montrent que l'environnement chimique à l'interface avec le substrat (« première couche » du réseau MAPbI3 de type MAI ou PbI2) influence l'orientation du réseau cristallin de la pérovskite.