Perovskite halides

Cette rubrique présente quelques résultats emblématiques de nos recherches sur les pérovskites halogénées.

Les pérovskites halogénées traitées en solution sont aujourd’hui des matériaux clés pour le photovoltaïque de nouvelle génération, grâce à leur forte absorption optique, leur tolérance aux défauts et leur compatibilité avec des procédés basse température. Cependant, leurs performances et leur durabilité restent fortement conditionnées par des phénomènes internes complexes, tels que les dynamiques ioniques, les effets thermiques locaux et le rôle critique des interfaces.

Nos recherches visent à comprendre et maîtriser ces mécanismes internes, en combinant ingénierie interfaciale et méthodes de diagnostic avancées, afin d’améliorer à la fois la performance et la stabilité opérationnelle des dispositifs à pérovskites.

I. Accès in situ aux dynamiques internes et aux mécanismes de dégradation

Nos travaux les plus récents ont introduit des approches in situ originales pour sonder directement le fonctionnement interne des cellules solaires à pérovskites sous illumination. En intégrant des nanoparticules de conversion ascendante (UCNPs) à des interfaces enfouies, nous avons développé une thermométrie locale nanoscale permettant de suivre en temps réel l’évolution de la température à l’interface pérovskite/couche de transport de trous lors de tests de vieillissement accéléré.

Cette approche a révélé l’existence de régimes de dégradation distincts, résultant de la compétition entre accumulation thermique locale et transformations structurales et optiques du matériau absorbant. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur les mécanismes physiques gouvernant la dégradation des dispositifs et ouvrent la voie à une compréhension plus mécanistique de leur stabilité. Cette méthodologie a également fait l’objet d’actions de vulgarisation scientifique, témoignant de son intérêt au-delà du champ académique.

II. Interfaces fonctionnelles pour une stabilité opérationnelle accrue

En parallèle, nous avons étudié le rôle des interfaces comme points clés d’initiation des processus d’instabilité. Nous avons notamment montré que l’intégration contrôlée de nanoparticules colloïdales de carbone (carbon quantum dots) à des interfaces stratégiques permettait de combiner un filtrage efficace des photons UV avec une modification favorable des interfaces électroniques. Cette approche multifonctionnelle conduit à une amélioration significative de la stabilité sous illumination, sans compromis sur les performances photovoltaïques.

Ces résultats illustrent l’intérêt d’une ingénierie interfaciale agissant simultanément sur plusieurs leviers optiques et électroniques, plutôt que sur un mécanisme isolé.

III. Ingénierie des interfaces et architectures simplifiées

Nos travaux antérieurs se sont appuyés sur l’étude d’architectures de cellules volontairement simplifiées, conçues comme outils diagnostiques pour identifier les paramètres matériaux limitants. Nous avons démontré qu’un fonctionnement photovoltaïque efficace pouvait être obtenu dans des cellules à pérovskites mixtes cation/halogène sans couche de transport d’électrons dédiée, à condition de maîtriser finement la cristallisation et la morphologie du film absorbant.

Nous avons également montré que le contrôle des interfaces, par exemple via l’élimination de phases résiduelles telles que PbI₂ ou par l’utilisation de couches de transport d’électrons nanostructurées (nanocolonnes de TiO₂), permettait d’améliorer conjointement l’absorption optique, le transport de charges et la stabilité des cellules.