Hoewel er verschillende fabricagebenaderingen bestaan, depositie in twee stappen is een van de belangrijkste experimentele technieken die nu worden gebruikt om efficiënte, stabiele PSC's, vooral op industriële schaal. Het proces omvat eerst het afzetten van loodjodide (PbI2) en vervolgens het toevoegen van halogenidezouten van eenwaardige kationen zoals methylammoniumjodide (MAI) en formamidiniumjodide (FAI) om het om te zetten in perovskiet.

Hoewel deze depositie in twee stappen beter is dan andere opties, het is moeilijk om reproduceerbare hoge prestaties en stabiliteit op lange termijn te behouden bij opschaling, voornamelijk vanwege een gebrek aan controle over het fabricageproces. Het is daarom essentieel om inzicht te krijgen in het mechanisme achter de kristallisatie van halideperovskiet op atomair niveau.

In het artikel "Een gecombineerde moleculaire dynamica en experimentele studie van een proces in twee stappen dat vorming bij lage temperatuur van fasezuiver α-FAPbI3 mogelijk maakt, "de auteurs kozen ervoor om te studeren, hiertoe, de fabricage in twee stappen van methylammoniumloodjodide (MAPbI3) en formamidiniumloodjodide (FAPbI3).

Hoewel het eerste een goed bestudeerd systeem is, de laatste werd gekozen vanwege aantrekkelijke kenmerken, waaronder een bandgap van ∼1,45 eV, mobiliteit met hoge ladingen, en superieure thermische stabiliteit die voorkomt in zijn α-FAPbI3-polymorf. Het probleem met deze perovskiet is echter dat de α-fase metastabiel is en de thermodynamische faseovergang hoge temperaturen van rond de 150 graden Celsius vereist. De gecombineerde experimentele en theoretische studie, gepubliceerd in het nummer van 23 april van wetenschappelijke vooruitgang, ontdekte de microscopische details van het kristallisatieproces, leidend tot de ontdekking van een pad bij lage temperatuur voor de fabricage van het materiaal.

Terwijl eerder experimenteel onderzoek naar MAPbI3 onthulde dat het tweestapsproces plaatsvindt via intercalatie van de MA+-kationen in PbI2-lagen gevolgd door een transformatie naar de perovskietstructuur via tussenfasen, de experimenten konden de aard van deze tussenfasen niet oplossen of het onderliggende atomistische mechanisme verduidelijken. Met behulp van een onderzoek naar moleculaire dynamica (MD) op basis van een verbeterde bemonsteringstechniek genaamd metadynamics (WTMetaD), het team ontdekte dat die transformatie plaatsvindt via een reeks tussenproducten. De theoretische resultaten waren in lijn met experimenten, de onderzoekers aanmoedigen om te onderzoeken of een soortgelijk proces ook achter de transformatie van α-FAPbI3 zat. Uitgaande van simulaties, ze ontdekten dat in dit materiaal inderdaad een tweestapsproces mogelijk is bij lagere temperaturen. Een reeks in situ röntgen- en dunne-filmexperimenten bevestigden dit resultaat en maakten de vorming van fasezuivere α-FAPbI3-dunne films bij lage temperatuur mogelijk.