Description

Le travail sera consacré à la synthèse de matériaux double pérovskite prometteurs et sans plomb, ainsi qu'à leur intégration dans des dispositifs photovoltaïques.
Au cours de la dernière décennie, les pérovskites halogénées ont démontré leur potentiel en tant que matériaux pour les applications photovoltaïques en couches minces. Cependant, ces matériaux contiennent généralement du plomb et présentent des problèmes de stabilité à long terme. Dans ce contexte, nos équipes étudient une nouvelle famille de semi-conducteurs double pérovskite sans plomb, basée sur des formes oxydées d’or, d’argent, de césium, de type Cs₂Agₓ⁺Au₁₋ₓ⁺M³⁺X₆ (avec M = Au, Ir, Bi, Eu, …), qui sont plus stables et moins toxiques [1]. Dans ce cadre, en collaboration avec les équipes de l’IPVF, nous avons récemment synthétisé des monocristaux de semi-conducteurs double pérovskite sans plomb à base de Cs₂AgBi₀,₉₅Ir₀,₀₅Br₆ (Figure 2a) et de Cs₂Au⁺Au³⁺Cl₆ (Figure 2b), ce dernier présentant un gap optimal pour les applications photovoltaïques. En 2023, un groupe a publié (dans Nature Chemistry) une composition similaire. Leurs travaux ont démontré que ces matériaux étaient de bons candidats pour les applications photovoltaïques grâce à une énergie de gap plus faible que celle des pérovskites classiques à base de plomb [2]. L’équipe de collaboration entre le LUMIN, le LPS et l’IPVF recherche des candidat(e)s motivé(e)s, avec un fort intérêt pour les nanomatériaux et les semi-conducteurs, tant du point de vue fondamental qu’applicatif.
Dans ce projet de thèse, une première partie du travail sera dédiée à la synthèse de ces matériaux sous deux formes présentant un fort intérêt pour l’obtention des meilleures propriétés cristallines et optiques : les monocristaux et les points quantiques/nanocristaux. Pour cela, le/la candidat(e) bénéficiera de notre expertise développée dans le contrôle de la cristallisation, notamment pour l’obtention de monocristaux [3], de nanocristaux de pérovskites au plomb [4], et de nanoparticules d’or fonctionnalisées par des ligands [5]. Une seconde partie du travail portera sur la fabrication de cellules photovoltaïques et leur caractérisation optique, en s’appuyant sur les plateformes des groupes de l’IPVF et du LPS.

Compétences requises

Expérimentateur au profil général de physico-chimiste, science des matériaux, synthèse crystalline, physique du solide et spectroscopie. Le doctorant pourra utiliser l’expérience de spectroscopie de photoluminescence au laboratoire LPS, combinant une résolution spatiale, temporelle et en température basse (8 K), que le laboratoire LPS a développé grâce au Labex PALM. Un diffractomètre à rayons X (à température variable) est également disponible dans notre équipe. La spectroscopie de photoémission (ARPES) sera également accessible au LPS au sein de l’équipe LUTECE. Par ailleurs, le doctorant collaborera avec l’équipe de l’IPVF pour intégrer ses matériaux à double pérovskite dans des cellules photovoltaïques.

Bibliographie

[1] -a- Py‐Renaudie, A et al. , Guided Search to Self‐Healing in Semiconductors. Advanced Functional Materials, 2023, 34(11), 2309107. -b- Alexandre Py et al. “Low-temperature synthesis of mixed valence gold halide perovskites and exploration of their photoluminescence properties,” J. Mater. Chem. C, vol. just accep, 2025.
[2] Lindquist, Kurt P., et al. 'Stabilizing Au2+ in a mixed-valence 3D halide perovskite.' Nature Chemistry 15, 12, 2023, 1780-1786.
[3] F. Lédée, G. Trippé-Allard, H Diab, P. Audebert, D. Garrot, J.-S. Lauret, and E. Deleporte. Fast growth of monocrystalline thin films of 2D layered hybrid perovskite. Cryst. Eng. Comm. 19, 2017, 2598 – 2602.
[4] Cédric R. Mayer. et. al. Effects of Arylalkyl Amines on the Mechanism of Formation of Functionalized CsPbBr3 Nanocrystals by Modified LARP Method. Nanoscale Adv., 6, 2024, 1704-1719
[5] -a- Cédric R. Mayer et al. Synthesis of highly calibrated CsPbBr3 nanocrystal perovskites by soft chemistry Chem. Commun., 58, 2022, 5960-5963. -b- Cédric R. Mayer, et al., Dithiolate Appended Iridium (III) Complex with Dual Functions of Reducing and Capping Agent for the Design of Small Size Gold Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., 2011, 6501. -c- Cédric R. Mayer, et al. Functionalization of gold nanoparticles by inorganic entities, Nanomaterials, 2020, 10, 548.
[6] S. Ramesh et al., “Coherent Phonons, Localization and Slow Polaron Formation in Lead-free Gold Perovskite,” arXiv Prepr.arXiv2410.13401, 2024.
[7] Kuroda, N., Nishida, M., & Yamashita, M. (1996). Subgap optical absorption induced by quantum lattice fluctuations at the Peierlsedge in PtCl chain complexes. Physical Review B, 54(4), 2390.

[8] https://www.lumin.universite-paris-saclay.fr/fr/node/87

Mots clés

Double Pérovskites sans Plomb, spectroscopie optique, Photovoltaïque, excitons, photoluminescence, matériaux