Hybrid halide perovskites: a new semiconductor for photovoltaics and light emission

Les pérovskites hybrides halogénées: un nouveau semiconducteur pour le photovoltaïque et l'émission de lumière

Emmanuelle Deleporte (1) , Hiba Diab (1) , Ferdinand Lédée (1, 2) , Gaëlle Allard-Trippé (1) , Géraud Delport (1) , Khaoula Jemli (1, 2) , Fabien Bretenaker (1) , Christophe Arnold (3) , Christèle Vilard (3) , Julien Barjon (3) , Guillaume Bouchez (3) , V.L.R. Jacques (4) , Antonio Tejeda (4) , Jacky Even (5) , Pierre Audebert (2) , Jean‐sébastien Lauret (1) , Damien Garrot (3)

1 LAC - Laboratoire Aimé Cotton
2 PPSM - Laboratoire de Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires
3 GEMAC - Groupe d'Etude de la Matière Condensée
4 LPS - Laboratoire de Physique des Solides
5 FOTON - Institut des Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON

The molecular crystals of hybrid perovskites of general formula (R-NH 3) p PbX n (R organic group, X: halogen) represent a new class of semiconductors which has made a spectacular breakthrough in the photovoltaic world for 5 years. Indeed, the development of solar cells containing hybrid perovskites as a light-absorbing material has undergone an extremely rapid development that has achieved record yields as high as 22.7% in 2017, coming into competition with records of silicon based solar cells. In addition to photovoltaic applications, these molecular crystals are quite relevant in the field of light emission: light-emitting diodes and lasers. This dazzling success is due to the fact that hybrid perovskites possess remarkable optical and electronic properties, combining the advantages of organic and inorganic semiconductors. These excitonic properties can be adjusted by varying the composition of the molecules and the shaping of the crystals (thin layers, single crystals). In particular, we will study the intrinsic properties of excitons in single crystals of hybrid perovksites by temperature-dependent absorption and time-resolved photoluminescence and micro-photoluminescence experiments.

Les cristaux moléculaires de pérovskites hybrides de formule générale (R-NH 3) p PbX n (R groupement organique, X: halogène) représentent une nouvelle classe de semiconducteurs qui a effectué une percée spectaculaire dans le monde du photovoltaïque depuis 5 ans. En effet, le développement des cellules solaires contenant les pérovskites hybrides comme matériau absorbeur de lumière a connu un développement extrèmement rapide qui a permis d'atteindre des rendements records aussi élevés que 22,7% en 2017, rentrant en compétition avec les records des cellules solaires à base de silicium. En plus des applications photovoltaïques, ces cristaux moléculaires se révélent tout à fait pertinents dans le domaine de l'émission de lumière: diodes électroluminescentes et lasers. Ce succès fulgurant est dû au fait que les pérovskites hybrides possèdent des propriétés optiques et électroniques remarquables, combinant les avantages des semiconducteurs organiques et inorganiques. Ces propriétés excitoniques peuvent être ajustées en jouant sur la composition des molécules et la mise en forme des cristaux (couches minces, monocristaux). En particulier, nous étudierons par des expériences d'absorption, de photoluminescence et de micro-photoluminescence résolue en temps et en fonction de la temperature, les propriétés intrinsèques des excitons dans des monocristaux de pérovksites hybrides .

Domaines: Physique [physics]; Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]

Emmanuelle Deleporte, Hiba Diab, Ferdinand Lédée, Gaëlle Allard-Trippé, Géraud Delport, et al.. Les pérovskites hybrides halogénées: un nouveau semiconducteur pour le photovoltaïque et l'émission de lumière. Optique Toulouse 2018 - Horizons de l'Optique, Jul 2018, Toulouse, France. ⟨hal-01868017⟩