HaPero — Croissance sous vide et caractérisation multitechnique de pérovskites halogénées : influence de la morphologie sur la stabilité et les propriétés optoélectroniques

Avec des rendements record et des coûts réduits, les cellules solaires à base de couches minces de pérovskites hybrides halogénées pourraient créer une révolution dans le photovoltaïque, à condition de résoudre le problème rédhibitoire de leur instabilité. La question se pose quant à son origine principalement intrinsèque (thermodynamique) ou extrinsèque (liée aux défauts). Par ailleurs, le mystère demeure encore quant aux liens entre morphologie et propriétés optoélectroniques. En effet, les couches préparées en solution, polycristallines par nature et comportant de nombreux défauts, affichent des performances paradoxalement meilleures que les couches élaborées sous vide, pourtant de meilleure qualité cristalline. Afin de répondre, sur le plan fondamental, à tous ces questionnements, le projet HaPero propose une approche originale pour élaborer des couches minces de grande qualité structurale, sous ultravide et par une caractérisation multitechnique en temps réel. Une palette d’outils, tels que la diffusion d’ions et d’atomes, la génération de fréquence somme ou la spectroscopie magnéto-optique, permettra d’identifier les propriétés (optoélectronique et de stabilité) intrinsèques de ces couches monocristallines ainsi que les processus de dégradation par réaction avec l’environnement (lumière, eau, oxygène). Ces études, menées parallèlement sur des couches similaires produites en solution, permettront d’élucider l’influence de la morphologie sur les propriétés optoélectroniques : dynamique des excitons, couplage électron-phonon, existence et nature des polarons. Le consortium réunit trois partenaires complémentaires dans les domaines clefs allant de la synthèse chimique à la caractérisation optique, en passant par la croissance de couches minces et l’analyse des surfaces sous ultravide. Ces résultats devraient apporter un nouvel éclairage sur les mécanismes fondamentaux à l’origine de l’instabilité ainsi que des propriétés remarquables de ces matériaux fascinants.