Dynamiques ultrarapides dans les pérovskites hybrides

par Marie Cherasse

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Perfetti Luca.

Thèses en préparation à l'Institut polytechnique de Paris , dans le cadre de École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris , en partenariat avec Laboratoire des Solides Irradiés (laboratoire) depuis le 31-08-2019 .


  • Résumé

    Le projet vise à étudier de cellules solaires à base de pérovskite hybrides. Des expériences de spectroscopie électronique à deux photons seront principalement menées sur des cristaux de CH3NH3PbI3 fournis par Emmanuelle Deleporte. Nous avons déjà utilisé cette technique pour caractériser la relaxation et la localisation d'électrons dans des échantillons dégradés (voir notre article en réf. 1). Dans ce qui suit, nous allons étudier l'évolution des propriétés électroniques à travers la transition d'une phasetétragonale à une phase orthorhombique. L'étudiant passera 1 à 2 mois en Colombie, où il / elle effectuera des mesure Kerr résolue en temps en ajustant l'énergie de photo excitation en dessous de la bande d'énergie interdite (voir l'article du groupe X.-Y. Zhu en réf. 2).Ainsinous pourrons caractériser la dynamique du mouvement ionique couplé aux électrons. Au bout de cette campagne, nous devrions être en mesure de comprendre si le faible taux de recombinaison des porteurs de charge est lié à la formation d'une cage polaire des anions. La deuxième partie du projet est axée sur le développement de cellules solaires à partir d'une nouvelle génération de pérovskites. La couche active contient une combinaison de différents ions, offrant une stabilité plus élevée du composé ordinaire. Comme indiqué par la réf. 3, l'efficacité des dispositifs basés sur ces matériaux a déjà atteint le 20%. Les échantillons seront produits dans le groupe Sanjay Mathur. Nous avons la tâche de caractériser les propriétés dynamiques de ces nouveaux composés par spectroscopie THz résolu en temps. L'étudiant nous aidera à construire un montage dédié à ces mesures et qui devrait être finalisé avant la fin de 2019. Une comparaison entre le temps de recombinaison des électrons dans la couche active avec la réponse d'hétérojonctions plus complexes seront essentielles pour identifier les principaux facteurs susceptibles de limiter l'efficacité dephotoconversion. Dans cette deuxième partie du projet, nous prévoyons aussi une collaboration avec Yvan Bonnassieux et Bernard Geffroy, afin d'échanger des connaissances sur les détails menant à des dispositifs optimaux.

  • Titre traduit

    Ultrafast dynamics in hybrid perovskites


  • Résumé

    The project aims to the study of stable solar cells based on hybrid perovskites.Two photon phoelectron spectroscopy experiments will be mainly conducted on CH3NH3PbI3 crystals provided by Emmanuelle Deleporte. We have already employed this technique in order to characterize the cooling and localization of electrons in degraded samples (see our article in ref. 1). In the following we will question the evolution of the electronic properties across the tetragonal to orthorhombic transition. The student will also spend 1-2 months in Columbia, were he/she will perform time resolved Kerr measurement by tuning the photoexcitation energy across the bandgap of the material (see the article of X.-Y. Zhu group in ref. 2). By these means the dynamics of the ionic motion entangled to the excited electrons could be monitored and characterized. At the end of this campaign, we should be able to establish if the dressing of electrons by the polar cage can explain the low recombination rate of charge carriers. The second part of the project focus on the development and characterization of solar cells made out of a new generation of perovskites. The active layer contains a combination of different ions that provide a higher compositional stability upon light exposure. As shown by ref. 3, the efficiency of devices based on these materials already reached 20%.Samples will be grown in the group Sanjay Mathur. Our main goal would be to investigate the dynamical properties of these solar cells by time resolved THz spectroscopy. The applicant will help us in the construction of a dedicated set-up that should be finalized and tested before the end of 2019. A comparison between the electron mobility and recombination time in the active layer with the response of heterojunctions containing also electron and hole transport layers will be essential in order to identify the main factors that could limit the photoconversion efficiency. In this second part of the project we plan to work closely also with YvanBonnassieux and Bernard Geffroy, in order to exchange knowledge about the multi-step protocol leading to optimal devices.