Zonnecellen op basis van perovskieten hebben binnen enkele jaren een enorm hoge efficiëntie bereikt. Die met hybride halide perovskiet, d.w.z. materialen die anorganische en organische componenten bevatten, bijzonder hoge efficiëntie bereiken, maar gebrek aan stabiliteit op lange termijn. Hoewel anorganische perovskiethalfgeleiders, zoals CsPbI ₃ , zijn minder efficiënt, ze worden ook als interessant beschouwd, omdat ze de stabiliteitsproblemen van hybride perovskieten kunnen overwinnen.

Tot nu toe, er werd aangenomen dat hybride en puur anorganische perovskieten niet fundamenteel verschillen in hun kristallijne structuur. Bij het produceren van perovskietmaterialen, het komt vaak voor dat er geen grote eenkristallen worden gevormd, maar in plaats daarvan talloze kleine tweelingkristallen. Dit maakt een kristalstructuuranalyse bijzonder gecompliceerd en gevoelig voor fouten en lage precisie.

Een HZB-team onder leiding van prof. Susan Schorr en dr. Joachim Breternitz heeft nu een doorbraak bereikt in het begrijpen van de kristallijne structuur van hybride halide-perovskieten. Het team onderzocht kristallijne monsters van methylammoniumloodjodide (MAPbI ₃ ), de meest prominente vertegenwoordiger van deze klasse van materialen, bij de Diamond Light Source synchrotron (DLS) in het Verenigd Koninkrijk met behulp van hoge resolutie monokristallijne diffractie. Deze aanpak leverde gegevens op voor een meer diepgaande analyse van de kristallijne structuur van dit materiaal.

Het team kon ook verduidelijken of ferro-elektrische effecten überhaupt mogelijk zijn in deze hybride halide perovskiet. Ferro-elektrische domeinen kunnen gunstige effecten hebben in zonnecellen en hun efficiëntie verhogen. Echter, het meten van dit effect in monsters is moeilijk - een nulresultaat kan betekenen dat er geen ferro-elektrisch effect is of dat de ferro-elektrische domeinen elkaars effecten opheffen.

"Vanuit een kristallografisch oogpunt, er zijn enkele voorwaarden nodig voor ferro-elektriciteit:een ferro-elektrisch effect kan alleen optreden als de kristalstructuur geen inversiecentrum bevat, en bovendien als het een permanent polair moment vertoont, ", legt Breternitz uit.

Eerder, werd aangenomen dat de kristalstructuur van MAPbI ₃ bevatte wel een inversiecentrum. Echter, de resultaten van de kristalstructuuranalyse laten zien dat dit niet het geval is:"Het organische methylammoniumkation MA+ speelt hierin een grote rol, " legt Breternitz uit. Dit komt omdat het MA-molecuul niet bolsymmetrisch is en ook aanzienlijk groter is dan een enkel atoom, zodat het een polair moment genereert met de aangrenzende jodiumatomen. Het voorkomen van ferro-elektrische domeinen in MAPbI ₃ is dus mogelijk.

Voor anorganische perovskieten die een alkaliatoom bevatten in plaats van het MA-molecuul, dit mechanisme is niet van toepassing. Dat betekent dat de stabielere anorganische perovskieten fundamenteel iets beperkter kunnen zijn in hun efficiëntie dan hun hybride halide-verwanten.