Advanced transmission electron microscopy studies of semiconductor nanocrystals synthesized by colloidal methods

par Fabio Agnese

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Jean-Luc Rouvière et de Frédéric Chandezon.

Soutenue le 16-10-2018

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Modélisation et exploration des matériaux (Grenoble) (laboratoire) et de Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Ibanez.

Le jury était composé de Eirini Sarigiannidou.

Les rapporteurs étaient Nicolas Lequeux, Nicolas Menguy.

  • Titre traduit

    Etudes par microscopie électronique en transmission avancée de nanocristaux semiconducteur synthétisé par méthodes colloïdaux


  • Résumé

    Les recherches sur les nanocristaux semiconducteur (NCs) ont conduit à des résultats scientifiques fascinants, spécialement pour l'application en dispositifs optoelectroniques. Afin de répondre à certaines exigences comme des coûts mineurs, des gains d'efficacité, des composants respectueux de l'environnement, etc., des nouvelles méthodes sont explorées: dans les procédés en solution, dans l'ingénierie de bande et des niveaux d'énergie. En particulier, la méthode de synthèse peut influencer les propriétés optoélectroniques. Par conséquent, une meilleure compréhension des facteurs complexes pendant la synthèse entraînera une amélioration des performances.La microscopie électronique avancée fournit un moyen précis de recueillir des informations sur la morphologie, la structure cristalline et la composition chimique des matériaux avec une résolution spatiale au niveau atomique. La première partie de cette thèse traite de la synthèse et de la préparation des échantillons pour la microscopie électronique à transmission en haute résolution (HRTEM).La deuxième partie traite du mécanisme de croissance des NCs Cu2ZnSnS4 synthétisés par une méthode colloïdale. La morphologie et la stoechiométrie des intermédiaires de réaction extraits après différents intervalles de temps sont déterminés par HRTEM et analyse dispersive en énergie (EDS).Deux méthodes complémentaires, la diffraction par nanofaisceau d’électrons en précession (NPED) et la microscope électronique en transmission par balayage à haute résolution avec imagerie en champ sombre avec détecteur annulaire à grand angle (HRSTEM-HAADF) permettent une profonde caractérisation de la structure cristalline.En outre, la structure cristalline de NCs CsPbBr3 est résolue avec simulations de STEM-HAADF. Cet approche peut différencier entre structures cristallines cubiques et orthorhombiques, impossible avec techniques de diffraction traditionnelles. Enfin, l'influence des méthodes de synthèse sur la morphologie et sur la structure cristalline de NCs CuFeS2 pour applications dans le domaine de la thermoélectricité est analysée par HRTEM.


  • Résumé

    The investigations of semiconductor nanocrystals (NCs) led to fascinating scientific results in optoelectronic devices. In order to fulfill certain requirements, i.e. cheaper costs, higher efficiencies, environmental friendly components etc., new methods are explored in solution-processing, band gap and energy level engineering. Particularly, the method of synthesis can alter the optoelectronic properties. Therefore, a better understanding of the intricate factors during synthesis will lead to improved performances. Advanced electron microscopy provides a precise way to gather information about morphology, crystal structure and chemical composition of materials with a spatial resolution down to the atomic level. The first part of this thesis deals with the optimization of the synthesis and sample preparation for high resolution transmission electron microscopy (HRTEM).The second part deals with the growth mechanism of Cu2ZnSnS4 NCs synthesized by a colloidal method. The morphology and stoichiometry of the samples extracted after different time intervals are characterized by HRTEM and electron dispersion spectroscopy (EDS). Two complementary methods, Nanobeam Precession Electron Diffraction (NPED) and High Resolution Scanning Transmission Electron Microscopy by High Angle Annular Dark-Field Imaging (HRSTEM-HAADF), provide an in-depth crystal structure characterization.Moreover, the crystal structure of CsPbBr3 NCs is solved by probing STEM-HAADF simulations. This approach is able to differentiate cubic and orthorhombic crystal structures, which is otherwise impossible by diffraction techniques. Finally, the influence of synthesis methods on the morphology and crystal structure of CuFeS2 NCs is investigated by HRTEM for thermoelectric applications.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?