fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'Université nationale Hanbat (Hanbat National University) en Corée du Sud ont développé un modèle permettant de concevoir plus systématiquement les couches d'espacement organiques dans les matériaux pérovskites bidimensionnels, ce qui pourrait accélérer le développement de ces matériaux dans des dispositifs optoélectroniques tels que les cellules solaires et les LED.
Les pérovskites bidimensionnelles sont considérées comme des matériaux candidats pour les technologies optiques de nouvelle génération en raison de leur bonne capacité d'absorption et d'émission lumineuse ainsi que de leur stabilité supérieure à celle de certains matériaux similaires. Cependant, leurs performances sont très sensibles aux changements structurels, de petites variations structurelles pouvant affecter considérablement leur comportement optoélectronique, et la relation de cause à effet entre les deux est souvent difficile à déterminer.
Dirigée par le professeur Ki-Ha Hong du Département de science et génie des matériaux de l'Université nationale Hanbat, l'équipe s'est concentrée sur les fines couches d'espacement organiques à l'intérieur des pérovskites bidimensionnelles, cherchant à clarifier l'impact spécifique de ces couches d'espacement sur les propriétés des matériaux. Les pérovskites bidimensionnelles sont constituées de couches inorganiques et de couches d'espacement organiques empilées en alternance, les couches inorganiques étant principalement responsables de l'activité optoélectronique, tandis que les couches d'espacement organiques influencent les interactions entre ces couches fonctionnelles.
Un concept clé de l'étude est l'« exciton », une paire électron-trou formée après l'absorption de la lumière par le matériau. Les caractéristiques des excitons affectent directement les performances du matériau dans les LED et les cellules solaires. Auparavant, le fait de modifier le matériau d'espacement changeait souvent à la fois la distance entre les couches et la structure du matériau, ce qui rendait difficile l'isolement de l'effet propre de la couche d'espacement.
Pour isoler ces effets, l'équipe a sélectionné un groupe de pérovskites bidimensionnelles d'iodure de plomb structurellement très similaires, dont la structure inorganique principale restait presque inchangée. L'étude a ajusté la distance entre les couches inorganiques en utilisant des couches d'espacement organiques ayant des groupes chimiques terminaux similaires mais des longueurs de chaîne différentes, tout en évitant des distorsions structurelles importantes du matériau. Ensuite, ils ont utilisé diverses techniques spectroscopiques pour mesurer la bande interdite et l'énergie des excitons du matériau.
Les résultats montrent qu'à mesure que la longueur de la chaîne d'espacement augmente, la bande interdite des quasi-particules s'élargit, mais l'énergie des excitons change très peu. Cela indique que la couche d'espacement a un impact significatif sur le comportement électrique du matériau, mais un effet limité sur l'énergie d'absorption optique. En même temps, des couches d'espacement plus longues augmentent également l'énergie de liaison des excitons, c'est-à-dire la force avec laquelle l'électron et le trou restent connectés après l'absorption de la lumière.
L'équipe de recherche a également testé la capacité du modèle de Keldysh existant à expliquer les résultats expérimentaux. Ce modèle, couramment utilisé pour décrire les excitons dans les matériaux ultraminces, n'a pas pu correspondre parfaitement aux observations. En introduisant une nouvelle fonction tenant compte de l'épaisseur réelle de la couche d'espacement organique, la concordance entre le modèle et les données expérimentales a été améliorée.
Cette étude offre une voie de conception moléculaire plus directe pour la prédiction des performances des pérovskites bidimensionnelles, aidant les entreprises et les équipes de recherche concernées à développer ces matériaux de manière plus efficace et ciblée avant leur intégration dans des dispositifs. Les résultats de la recherche ont été publiés en ligne en décembre 2025 et figurent dans la revue Advanced Functional Materials.
