Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques ont reçu beaucoup d'attention en tant que cellules solaires potentielles de prochaine génération et en tant que matériaux pour les dispositifs électroluminescents.

Le professeur agrégé de l'Université de Kobe, Tachikawa Takashi (du Molecular Photoscience Research Center) et le Dr Karimata Izuru (anciennement étudiante diplômée engagée dans la recherche à la Graduate School of Science) ont réussi à remplacer complètement les ions halogénures des nanocristaux de pérovskite tout en conservant leur morphologie et efficacité d'émission de lumière.

Par ailleurs, en utilisant des techniques telles que l'imagerie par photoluminescence à particule unique, les chercheurs ont pu comprendre les changements momentanés de l'émission lumineuse et de la structure cristalline, ce qui leur a permis de développer un principe de contrôle de la composition ionique.

On s'attend à ce que ces résultats de recherche contribuent à permettre la synthèse de pérovskites de compositions variées et à faire avancer le développement de dispositifs qui les utilisent. En outre, on espère pouvoir exploiter la flexibilité des structures pérovskites, permettant leur application aux dispositifs et la création de nouveaux matériaux fonctionnels.

Ces résultats ont été publiés dans la revue académique allemande Angewandte Chemie Édition Internationale le 19 octobre, 2020.

Pérovskites hybrides organiques-inorganiques, comme les pérovskites aux halogénures de plomb organiques (par exemple, CH 3 NH 3 PbX 3 (X =Cl, Frère, JE)), ont reçu une attention mondiale en tant que matériau prometteur pour les cellules solaires hautement efficaces. Par ailleurs, la couleur de la lumière qu'ils émettent peut être contrôlée en modifiant le type et la composition des ions halogénures. Par conséquent, on espère que les pérovskites hybrides organiques-inorganiques pourront être appliquées à des dispositifs électroluminescents tels que des écrans et des lasers.

Cependant, les ions halogénures à l'intérieur des cristaux sont connus pour se déplacer même à température ambiante, et cette grande flexibilité entraîne des problèmes tels que des réductions de la reproductibilité de la synthèse et de la durabilité du dispositif.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé un réacteur à flux sur mesure pour contrôler avec précision la réaction d'échange entre le CH 3 NH 3 PbI 3 nanocristaux et Br ^- ions en solution. Cela leur a permis de convertir avec succès les nanocristaux en CH 3 NH 3 PbBr 3 nanocristaux tout en conservant leur morphologie et leur efficacité d'émission de lumière.

Il est important de savoir quel type de réaction se produira à l'intérieur des cristaux afin de développer des techniques de synthèse. Pour comprendre cela, les chercheurs ont utilisé un microscope à fluorescence pour observer comment chaque nanocristal réagissait. De ce constat, ils ont compris qu'une fois la lumière rouge émise par le CH 3 NH 3 PbI 3 avait complètement disparu, le feu vert provenant du CH 3 NH 3 PbBr 3 a été soudainement généré après un intervalle de 10s à 100s de secondes. Sur la base des résultats de l'analyse structurelle à l'aide d'un faisceau de rayons X, il a été révélé que Br ^- les ions ont remplacé je ^- ions à l'intérieur de la structure cristalline tandis qu'une couche riche en bromure s'est formée à la surface. Après, le bromure sur la couche de surface s'est progressivement déplacé dans les régions intérieures.

On pense que les émissions de lumière rouge sont devenues inobservables parce que les régions internes de la structure cristalline étaient partiellement désordonnées pendant la transition ionique, ce qui a entraîné la perte d'énergie nécessaire à l'émission de lumière. Ensuite, CH 3 NH 3 PbBr 3 des noyaux cristallins se sont formés à l'intérieur de la particule de nanocristal et une transition coopérative vers l'état de génération de lumière verte s'est produite.

A partir de ces résultats, on peut dire que la séparation temporelle des transitions de la structure cristalline et de la restructuration ultérieure (qui se produit à l'échelle nanométrique) est l'une des clés du succès, synthèse précise de pérovskites aux halogénures de plomb organiques.

The structural transformation process observed in perovskite nanocrystals in this study is thought to be related to all modes of nanomaterial synthesis that are based on ion exchange, therefore future research could hopefully illuminate the underlying mechanism. Although researchers have a negative impression of organic halide perovskites' flexibility, it is hoped that this characteristic could be exploited and applied to the development of new materials and devices that can react to the environment and external stimuli.