Synthesis and characterization of halide perovskite MAPbX3: physicochemical properties and stability improvement for photovoltaic application

Abstract

L’énergie joue un rôle majeur dans le monde moderne et contribue de manière significative au développement de l’humanité. Pour répondre à la croissante demande d’énergie et surmonter le problème du réchauffement climatique, de nombreux chercheurs se sont concentrés sur le développement des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire. Dans cette optique plusieurs matériaux ont été étudiés pour être insérés dans les cellules photovoltaïques. Actuellement, les pérovskites hybrides d’halogénures de plomb utilisés comme absorbeurs de lumière dans les cellules photovoltaïques ont suscité un grand intérêt en raison de leurs propriétés optoélectroniques impressionnantes et de leur rendement élevé. Cependant, ils ont également montré certains inconvénients, tels que leur forte dégradation vis-à-vis des conditions climatiques (température, humidité, UV, …) qui influence leur performance. L’objectif principal de ce travail de thèse est de synthétiser et d’étudier les propriétés physiques, la stabilité aux UV et la compacité des films minces à base de pérovskites hybrides MAPbX3. Nous avons ensuite étudié l’intérêt d’associer un flux d’air chaud au procédé de spin-coating durant de la croissance du film MAPbCl3. Les résultats obtenus dans ce contexte montrent que l’optimisation de la température et de la distance du flux permet de produire des structures cristallines de pérovskite MAPbCl3 ayant un taux de couverture très élevée avec une nucléation homogène et significative. 100 °C et 5 cm sont donc la température et la distance optimales du flux d’air chaud pour une meilleure cristallinité et absorbance associée à une faible concentration de défauts non radiatifs. Dans la deuxième partie, nous avons aussi montré expérimentalement qu’il est possible d’améliorer significativement la stabilité contre les radiations UV de la pérovskite MAPbI3 en modifiant sa composition chimique. Dans ce contexte, l’étude de l’effet de l’incorporation des atomes de chlorure dans la matrice pérovskite MAPb(I1-xClx)3 sur les propriétés structurales, morphologiques et optiques a clairement montré qu’il est possible de rendre cette pérovskite plus stable par rapport à l’irradiation UV lorsqu’au moins 20% du chlorure sont incorporés dans la matrice. A partir de ce taux de chlorure, la structure pérovskite transite de la structure quadratique vers la structure cubique plus stable. Cette transition est à l’origine de la nette amélioration de la stabilité UV de la pérovskite MAPbI3.