Pérovskites hybrides : l’origine des parasites enfin découverte
Utilisées dans des LED et des cellules photovoltaïques, les pérovskites hybrides sont des semiconducteurs particulièrement performants. Les composants qui en contiennent sont cependant perturbés par divers effets parasites. Des scientifiques ont découvert que ce problème venait du contact entre deux matériaux nécessaires à la fabrication de composants fonctionnels à base de couches de pérovskites hybrides. Leurs travaux montrent que la conductivité électrique d’un des matériaux est alors fortement augmentée, laissant les charges se propager dans des directions qui n’étaient pas prévues.
Les pérovskites hybrides sont des matériaux dont la structure cristalline en fait d’excellents semiconducteurs, dotés de la souplesse et de la facilité de mise en œuvre des matériaux organiques. Ces propriétés sont en particulier mises à profit dans des cellules solaires photovoltaïques, aux performances qui fascinent la recherche depuis quelques années. Pour être ainsi utilisées, les pérovskites hybrides sont empilées avec différentes couches d’oxydes métalliques, de polymères conducteurs organiques et de métaux, formant un ensemble dont les mécanismes physico-chimiques sous-jacents sont encore mal compris. Différents phénomènes parasites troublent d’ailleurs le fonctionnement de ces matériaux, avec par exemple des émissions incontrôlées de lumière chez les diodes électroluminescentes pérovskites (PeLED).
Des chercheurs et chercheuses du Laboratoire de l’intégration du matériau au système (IMS, CNRS/Bordeaux INP/Univ. Bordeaux) et du Laboratoire d’électronique et de technologie de l’information du CEA (CEA-Leti) ont découvert que ces problèmes viennent des polymères conducteurs, ici sous forme de polymères dits pi-conjugués, dont la conductivité électrique augmente de plusieurs ordres de grandeur lorsqu’ils sont empilés au contact des couches de pérovskites hybrides. Ces travaux ont fait la couverture de la revue Advanced Electronic Materials.
L’équipe a d’abord constaté que les charges électriques, censées se propager verticalement à travers les différentes couches de matériaux, partent également sur les côtés et provoquent des effets parasites. Ce phénomène est dû à la présence de précurseurs, à base de chlore ou de brome, dans l’encre nécessaire au dépôt et à la cristallisation des couches de pérovskites hybrides. Lorsque l’on dépose cette encre sur une couche de polymères pi-conjugués, les précurseurs dopent la conductivité de cette dernière, laissant alors les charges électriques se diffuser dans des directions imprévues. Or, pour l’instant, ni les polymères pi-conjugués ni les précurseurs ne peuvent être remplacés. On peut cependant préférer des polymères pi-conjugués aux plus faibles conductivités possibles, afin qu’elles ne soient toujours pas assez importantes pour poser problème une fois augmentées par la présence des précurseurs.
Ces travaux suggèrent ainsi qu’il faudrait améliorer les procédés de fabrication de ces couches de matériaux et remesurer, en prenant en compte cet effet, les performances de composants tels que les cellules solaires photovoltaïques en pérovskites hybrides.
Référence
Halide perovskite precursors dope PEDOT:PSS.
Sandrez S., Molenda Z., Guyot C., Renault O., Barnes J.-P., Hirsch L., Maindron T., Wantz G.
Adv. Electron. Mater. 2021, 7, 2100394.
https://doi.org/10.1002/aelm.202100394