Les pérovskites bidimensionnelles (2D) sont des structures à puits quantiques multiples (QW) formées par une alternance de couches inorganiques et organiques. Ils sont prometteurs dans les applications des cellules solaires, LED, et photodétecteurs.

Cependant, en raison de la barrière énergétique exercée par les ligands organiques isolants entre les QW, les excitons photogénérés sont généralement confinés dans le plan QW de la pérovskite et présentent un mauvais transport des porteurs intercouches (QW à QW). Cela limite l'application ultérieure des pérovskites 2D dans les dispositifs optoélectroniques.

Récemment, un groupe de recherche dirigé par le professeur Jin Shengye de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a révélé un nouveau mécanisme de transfert d'électrons intercouches assisté par Auger dans des pérovskites en couches bidimensionnelles. Il offre une nouvelle ligne directrice pour concevoir des pérovskites 2D avec une propriété de transport de charge QW-à-QW optiquement accordable.

Ce travail a été publié dans Journal de l'American Chemical Society le 18 mars.

Les scientifiques ont mené des expériences d'absorption transitoire dépendant de l'intensité de la pompe sur une série de (C m H 2m+1 NH 3 )2PbI 4 Pérovskites en couches 2D avec différentes longueurs de chaîne alkyle de ligand (m =8, dix, 12, 18).

Une chaîne de ligand plus longue (m plus grand) a conduit à une augmentation de l'énergie de la bande interdite QW (Eg) ainsi qu'à une barrière énergétique plus faible (Eb) du transfert d'électrons entre les couches. Quand m≥12, où la valeur de Eb se rapproche de Eg, une caractéristique de longue durée et de type dérivé dans les spectres d'absorption transitoire (TA) a été observée. La caractéristique spectrale TA similaire n'était pas présente dans les pérovskites 2D à chaîne courte avec m≤12.

Les scientifiques ont proposé un nouveau mécanisme de transfert d'électrons QW à QW assisté par Auger pour expliquer les résultats expérimentaux. Quand Eg Eb, la recombinaison Auger d'un exciton pourrait pomper l'électron dans un autre exciton pour le transférer vers un QW voisin à travers les ligands barrières. Les électrons et les trous séparés ont créé un champ électrique interne et provoqué la caractéristique spectrale transitoire de type dérivé par le biais d'un effet Stark confiné quantique.

Ce mécanisme de transfert d'électrons assisté par Auger peut être utilisé pour concevoir de nouvelles pérovskites 2D en couches avec une mobilité de charge intercouche améliorée ou des propriétés optiques accordables, qui peut être finalement utilisé dans des dispositifs de modulation photoélectroniques et optiques.