Utilisation d'un oxyde de structure pérovskite comme couche d'interface pour les dispositifs optoélectroniques à pérovskites halogénées

Discipline

Sciences et ingénierie pour l’information

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Pérovskites halogénées, Oxydes pérovskites, Dépôt laser pulsé (PLD), Optoélectronique, Cellules solaires, Diodes électroluminescentes

Mots-clés

Couches minces,

Pérovskite,

Surfaces (technologie),

Dispositifs optoélectroniques

Les cellules photovoltaïques et les diodes électroluminescentes pérovskites requièrent des couches d'injection/extraction de charges, qui sont cruciales pour plusieurs processus importants régissant les performances et la durée de vie. Bien que des études intensives aient été consacrées au développement de couches interfaciales innovantes de type p, des matériaux présentant des propriétés hautement ajustables et une stabilité photochimique élevée restent très recherchés. Cette thèse explore l’utilisation d’oxydes pérovskites comme couches d’interface pour des applications optoélectroniques en raison de leurs propriétés ajustables et de leur stabilité en conditions ambiantes. Des couches minces d’oxydes de pérovskites de type SrTi0.7Fe0.3O3-δ (STFO) sont utilisées comme couches d'extraction ou d'injection de charge pour les cellules solaires et les diodes électroluminescentes à base de pérovskites halogénées. En utilisant la technique de dépôt par laser pulsé (PLD), des couches minces STFO hautement cristallines ont été déposées sur des substrats en verre/FTO à des températures relativement modérées (<400 °C) par rapport aux techniques de dépôt traditionnelles. Des post-traitements thermiques, soit par traitement thermique rapide (RTP), soit par recuit thermique conventionnel (TA), ont été utilisés dans le but d’améliorer la plus grand cristalline des films polycristallins et pour ajuster leurs propriétés optiques et électroniques. Lorsqu'ils sont déposés sur la pérovskite d’oxyde, les couches d'halogénure de pérovskite de type FA0.85Cs0.15Pb(I0.85Br0.15)3 (adaptées à la conversion d'énergie photovoltaïque PV) présentent des tailles de grains plus grandes et un meilleur ordre cristallin par rapport à des films similaires déposés sur une couche interfaciale de type p de référence telle que le PEDOT:PSS commercial. De plus, la présence de l'oxyde a entraîné une nette réduction de la phase de pérovskite halogénée optiquement inactive, illustrant l’impact positif de la couche d’oxyde pérovskite sous-jacente. Les couche de STFO recuites (RTP et le TA) induisent par ailleurs une plus grande durée de vie de l’exciton dans la couche active par rapport au PEDOT :PSS. De façon similaire, la cristallisation d’une pérovskite halogénée quasi-2D de type (PEA)2(MA)PbBr4 (adaptée à la fabrication de LED) sur des couches de STFO a été réalisée avec succès, conduisant à des propriétés similaires que pour des couches références déposées sur du PEDOT:PSS. Dans ce cas, la pérovskite quasi-2D déposée sur STFO a montré une durée de vie de l’exciton relativement longue. Bien que l'intégration de couches minces de STFO dans les deux types de dispositifs ait donné lieu à des performances limitées, ce travail démontre le fort potentiel de la classe des oxydes de pérovskites pour la création de dispositifs tout-pérovskite efficaces et stables.