Substitution du plomb par l'étain dans des nanocristaux de pérovskites halogénées

National audience ; Les nanocristaux de pérovskites halogénées présentent une forte photoluminescence sans nécessité de passiver leur surface par une coquille inorganique tel que c’est le cas des quantum dots classiques. Leur spectre d’émission peut être modulé avec la composition ou par l’effet de confinement quantique en ajustant la taille. La composition la plus courante pour les nanocristaux de pérovskites halogénées est APbX$_3$ (avec A = méthylammonium, MA ; formamidinium, FA ; Cs et X = Cl, Br ou I), par exemple CsPbBr$_3$ ou FAPbI$_3$. Pour rechercher des alternatives au plomb (élément toxique), Sn$^{2+}$ est envisageable car isoélectronique et ayant un rayon anionique (118 ppm) proche de celui de Pb$^{2+}$ (119 ppm). De ce fait la substitution nemodifie pas les calculs géométriques déterminant le facteur octaédrique et le facteur de tolérance qui définissent le domaine de stabilité de la structure pérovskite 3D. Cependant la substitution du plomb par l’étain dans les pérovskites halogénées peut détériorer leur stabilité car Sn$^{2+}$ a une forte tendance à s’oxyder en Sn$^{4+}$, par exemple en présence d’humidité. Au contraire, dans le cas du plomb l’état divalent est stabilisé par des effets rélativistes (« doublet inerte 6s »). L’instabilité de l’étain divalent peut par exemple conduire à la formation de la phase jaune Cs$_2$SnI$_6$ dans des tentatives de synthèse de la phasenoire CsSnI$_3$. De plus, l’intensité de photoluminescence rapportée pour des systèmes contenant de l’étain est généralement plus faible que pour les nanocristaux à base de plomb. La présence d’étain augmente le nombre de défauts et ceux-ci génèrent, contrairement au cas du plomb (« defect-tolerant ») des états électroniques dans le gap piégeant les porteurs photo-générés et réduisant ainsi le rendement quantique de fluorescence. Nos recherches se concentrent sur des approches pour pallier au manque de stabilité et à la perte de photoluminescence dans des nanocristaux de pérovskites halogénées contenant de l’étain ...