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LED et photovoltaïque à base de pérovskites en couches : une équipe franco-américaine vient d'élucider l'origine de leurs performances remarquables - "Science" Mars 2017

Le 27 mars 2017

Une équipe de chercheurs franco-américaine vient d'élucider l'origine des performances remarquables de dispositifs à base de pérovskites en couches pour le photovoltaïque et l'émission de lumière. Celle-ci repose sur la conversion spontanée de paires électron-trou, encore appelées excitons, en porteurs de charge libres via des états spécifiques situés sur les rebords des films minces utilisés dans les dispositifs.

La compréhension et le contrôle du transport de charges électriques et du flux d'énergie dans les semiconducteurs de basse dimensionnalité, tels que les puits quantiques, ont permis l'élaboration de dispositifs opto-électroniques très performants.

Le confinement quantique à l’œuvre dans ces puits conduit habituellement à des charges photo-générées, les paires électron-trou ou excitons, fortement liées par des interactions de Coulomb. Les efforts communs des équipes de Los Alamos, Northwestern, Brookhaven et Rennes ont montré que ce phénomène est beaucoup plus riche dans les films minces de pérovskites hybrides lamellaires.
On retrouve dans ces matériaux, une alternance de couches de molécules organiques (ici le butylammonium) séparées par une couche hybride organique-inorganique où les cavités laissées par les octaèdres PbI6 sont comblées par des cations méthylammonium.

Quand l'épaisseur de cette couche hybride compte au moins 3 octaèdres, le consortium franco-américain a mis en évidence l'émergence d'états de bord qui permettent la conversion spontanée des paires électron-trou en porteurs de charge libres. Ce phénomène a des implications majeures sur les performances des dispositifs à base de pérovskites en couche, comme démontré dans le cas de cellules solaires et de diodes électroluminescentes.

Extremely efficient internal exciton dissociation through edge-states in layered 2D perovskites
J.-C. Blancon, H. Tsai, W. Nie, C. C. Stoumpos, L. Pedesseau, C. Katan, M. Kepenekian, C. M. M. Soe, K. Appavoo, M. Y. Sfeir, S. Tretiak, P. M. Ajayan, M. G. Kanatzidis, J. Even, J. J. Crochet, A. D. Mohite.

science.sciencemag.org/content/early/2017/03/08/science.aal4211
Contacts chercheurs :
Jacky Even et Laurent Pedesseau, Enseignants-chercheurs à l’INSA Rennes, laboratoire « Fonctions optiques pour les technologies de l'information » (CNRS/Université Rennes 1/INSA Rennes)

Claudine Katan et Mikaël Képénékian, chercheurs CNRS à l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université Rennes 1/ENSC Rennes/INSA Rennes)

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