Les particules de pérovskite pourraient améliorer les performances des cellules solaires et des diodes électroluminescentes via un processus simple pour stabiliser la surface des nanocristaux.

Procédé de stabilisation chimique de nanocristaux optiques, sans dégrader leurs propriétés électriques, a été développé par des scientifiques de KAUST.

Les pérovskites aux halogénures font partie d'une classe passionnante de matériaux pour l'optoélectronique et le photovoltaïque. Ces matériaux absorbent efficacement la lumière visible, possèdent de longues longueurs de diffusion des porteurs de charge et sont faciles et peu coûteux à produire. Les performances des dispositifs optiques peuvent également être améliorées en incorporant des particules à l'échelle nanométrique, qui ont des propriétés d'émission et d'absorption de lumière bien supérieures à celles du matériau en vrac dont ils sont dérivés. Il n'est donc pas surprenant que les scientifiques aient à cœur de combiner ces deux approches. Le défi est que les minuscules particules de pérovskite ne sont pas toujours chimiquement stables, et leur structure cristalline atomique est difficile à contrôler.

Attacher des molécules, appelés ligands, peut stabiliser un nanocristal. Mais cette soi-disant passivation peut former une enveloppe électriquement isolante autour de la particule qui inhibe leur efficacité dans les appareils électroniques.

Maintenant, le groupe d'Osman Bakr, et des collègues de la KAUST et de l'Université de ShanghaiTech, a créé des nanocristaux de pérovskite aux halogénures à base d'iodure de césium-plomb passivé par 2, Ligands de l'acide 2′-iminodibenzoïque (IDA). Ils montrent que cela apporte la stabilité chimique nécessaire tout en restant utile pour l'optoélectronique. Et la passivation était simple :il suffisait d'ajouter de la poudre d'IDA dans la solution de nanocristaux et d'utiliser une centrifugeuse pour éliminer tout excès.

L'équipe a choisi l'IDA car il s'agit d'un ligand bidenté, ce qui signifie qu'il se lie au nanocristal en deux sites. « Les ligands classiques utilisés dans ces applications, comme l'acide oléique, sont dynamiques à la surface des nanocristaux de pérovskite et se détachent facilement, " dit Jun Pan, le premier auteur sur le papier. "C'est pourquoi nous appliquons un double groupe carboxylique pour se lier fortement à la surface, qui stabilise également la phase cristalline de pérovskite à température ambiante."

Pan et son équipe ont comparé les propriétés optiques des échantillons passivés et non passivés et ont observé que le traitement améliorait le rendement quantique photoluminescent - une mesure du nombre de photons émis pour chaque photon absorbé - de 80 % à plus de 95 %. Et tandis que l'intensité de la lumière émise par les nanocristaux non passivés avait considérablement diminué cinq jours plus tard, les échantillons traités à l'IDA émettaient toujours de la lumière à 90 pour cent de leur niveau initial 15 jours plus tard.

L'équipe a démontré que leurs nanocristaux de pérovskite aux halogénures stabilisés étaient adaptés aux applications optoélectroniques en les utilisant pour construire des diodes électroluminescentes. Les dispositifs générateurs de lumière rouge ont de nouveau surpassé le dispositif de contrôle non passivé en termes de luminance maximale et d'efficacité de puissance lumineuse.

« La prochaine étape consiste à réaliser des structures de pérovskite plus stables et à créer une LED avec des performances supérieures à 10 % basées sur des nanocristaux de pérovskite, " dit Pan.