Croissance d’hétérostructure pérovskite halogène inorganique 2D/3D par dépôt par ablation laser pulsée (PLD) pour l’optoélectronique et le photovoltaique

Défis technologiques Energie solaire pour la transition énergétique Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique 

Résumé du sujet

Les pérovskites halogènes (PK) ont démontré un très fort potentiel pour le photovoltaïque (PV) en atteignant des rendements records (35% en tandem sur silicium). Cependant, leur stabilité limitée (dégradation sous humidité, chaleur ou lumière) et les défis de mise à l’échelle (perte de rendement à grande surface) freinent leur industrialisation. Parallèlement, dans le domaine des microLED, les PK émergent comme une alternative prometteuse aux boîtes quantiques (QDs) pour les couches de conversion de couleur, grâce à leur pureté spectrale élevée et leur absorption supérieure. Pourtant, leur efficacité et stabilité restent à optimiser pour rivaliser avec les solutions existantes.

Ce projet propose une approche innovante : la fabrication de pérovskites inorganiques 2D et d’hétérostructures 2D/3D par dépôt par ablation laser pulsée (PLD), un procédé innovant pour les pérovskites et ayant un fort potentiel de mise à l’échelle. Les pérovskites 2D, grâce à leur confinement quantique, présentent une énergie de liaison des excitons élevée, idéale pour les LED et lasers, tandis que les hétérostructures 2D/3D améliorent la stabilité et réduisent les recombinaisons non radiatives.

Les objectifs de la thèse sont :
1. Synthèse de pérovskites 2D inorganiques (avec/sans plomb) par PLD et caractérisation avancée du matériau: cristallinité, luminescence, absorption, bandgap, stabilité…
2. Fabrication d’hétérostructures 2D/3D dans l’objectif d’atteindre un effet de passivation des défauts 3D, caractérisation avancée: rendement de photoluminescence, durée de vie des porteurs, passivation des interfaces…
3. Application pour le PV et les microLED : évaluation du potentiel pour des cellules tandem et des couches de conversion de couleur

Les résultats viseront à démontrer que le PLD permet de dépasser les limites actuelles (stabilité, production à grande échelle) tout en maintenant des performances optoélectroniques compétitives. Ce travail s’inscrit dans une dynamique mondiale où les PK pourraient contribuer à des avancées très significatives dans le domaine du PV et des micro-écrans.