Dopage par substitution de type N de pérovskite halogénée par l'utilisation d'ions métastables

N-type substitutional doping of halide perovskite using metastable ions

• Auteur / Autrice : Zuzanna Molenda
• Direction : David Henry, Dario Bassani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Kahn
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johann Bouclé, Sylvain Chambon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Saliba Michael, Zhuoying Chen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Samarium

Semiconducteurs -- Dopage

Pérovskites

Mots clés libres

Pérovskites halogénées

Dopage

Samarium

Cellules solaires à pérovskite

Halide perovskite

Doping

Samarium

Perovskite solar cells

Résumé

Le caractère ionique du cristal de la pérovskite rend particulièrement difficile son dopage. Cette thèse présente une nouvelle approche de dopage, tant au niveau de la méthode, proposant le post-recuit, dopage en couches minces en deux étapes, qu'au niveau du concept, c'est-à-dire le dopage avec des ions 2+ et leur oxydation dans le réseau cristallin à 3+. A titre d’exemple, le samarium est choisi comme dopant de la pérovskite halogénée hybride d'iodure de plomb de méthylammonium (MAPI). Nous avons également montré que cette approche peut être appliquée à d'autres dopants ou pérovskites avec des résultats préliminaires sur l'iodure de plomb de formamidinium (FAPI) et la pérovskite à cation mixte MA0.7FA0.93PbI3. L'étude XPS confirme l'oxydation de Sm2+ à Sm3+ à l'intérieur de la couche de pérovskite et le profil en profondeur, ainsi que le profil ToF SIMS, montrent la pénétration du dopant dans toute la couche. La mesure de la sonde Kelvin et l'UPS démontrent le décalage du niveau de Fermi de la pérovskite dopée vers l’énergie de conduction, indiquant un dopage de type n. Ce dopage a permis d’augmenter la conductivité de MAPI de 3 ordres de grandeur.

The ionic character of the perovskite crystal renders it particularly challenging to dope. This work presents a novel n-type doping approach, both in terms of the method, proposing the post-annealing, two-steps thin film doping, and in terms of the concept, i.e. doping with 2+ ions and their oxidation in the crystal lattice to 3+. As an exemplary dopant, samarium is chosen and the doped perovskite is methylammonium lead iodide (MAPI), while one is convinced that this scheme can be applied to other dopants or perovskites, with the preliminary results on formamidinium lead iodide (FAPI) and mixed cation MA0.7FA0.93PbI3 confirming the latter. The XPS study confirms the Sm2+ to Sm3+ oxidation inside the perovskite layer and the in-depth profile, together with the ToF SIMS profile show the dopant penetration throughout the layer. The Kelvin probe measurement and the UPS demonstrate the n-type doped perovskite with the shift towards the CBM of the Fermi level, resulting in an increase up to 3 orders of magnitude of the conductivity.