Physics of perovskites materials and devices

Correspondant: Jacky EVEN

Les pérovskites halogénées sont des cristaux semiconducteurs dont la structure atomique est composée d’octahèdres d’halogènes (typiquement I, Br ou Cl) au centre desquels réside un métal (généralement Pb ou Sn). Depuis le début des années 2010, ces composés ont émergé en tant que matériaux d’avenir pour en raison de leurs propriétés optoélectroniques exceptionnelles, de leur bas coût et de leur facilité de synthèse. Dans le domaine photovoltaïque, les cellules solaires à base de perovskite ont atteint les rendements des cellules à base de silicium, tandis que les cellules tandem perovskite/silicium affichent maintenant des records de rendement d’environ 34%, ce qui représente potentiellement une rupture technologique dans la transition écologique. Les pérovskites sont également utilisées pour l’émission lumineuse, notamment comme îlots quantiques pour l’émission de photons uniques et de paires de photons intriqués, capacités clés pour l’émergence des technologies quantiques.

Le groupe de théorie de l’institut Foton dirigé par Jacky Even, en collaboration étroite avec des chercheurs de l’ISCR, a été pionnier dans la recherche internationale sur les pérovskites halogénées, avec de nombreuses contributions essentielles comme par exemple l’importance du couplage spin-orbite ou l’élucidation de la structure fine de l’état fondamental excitonique des îlots colloïdaux. La philosophie du groupe est d’employer des méthodes théoriques variées allant de simulations ab initio (théorie de la fonctionnelle densité…) aux méthodes semi-empriques (masses effectives, laisons fortes…) tout en gardant un contact étroit avec l’expérience. Des collaborations de longue durée sont ainsi en cours avec des équipes experimentales à la pointe de la recherche mondiale, comme le groupe d’Aditya Mohite à Rice University, celui de Mercouri Kanatzidis à Northwestern University ou encore celui de Maksym Kovalenko à ETH Zurich. Cette approche a mené à de nombreuses publications dans les meilleures revues scientifiques (Nature, Science…) et à une reconnaissance internationale pour la compréhension de la physique des pérovskites halogénées.