Modélisation ab initio / semi-emirique des propriétés optiques des pérovskites hybrides

Thèse MESR 1^er octobre 2014

Modélisation et compréhension physique des propriétés des pérovskites hybrides pour des applications photovoltaïques et optoélectroniques

Les pérovskites hybrides obtenues par l’association d’octaèdres inorganiques MX₆, M étant un métal et X un halogène, et de cations organiques sont connues depuis plusieurs décennies et forment des réseaux de dimensionnalité variable. Suite aux travaux d’IBM dans les années 90, les composés 2D ont longtemps occupé le devant de la scène pour leurs applications potentielles en optoélectronique [1]. Depuis deux ans, leurs analogues 3D connaissent un engouement exceptionnel (rendement actuel 17.9%, source NREL et 19.5% annoncé à la conférence HOPV en mai) pour le développement de cellules solaires au point d’avoir été portés au « Science journal’s top 10 breakthroughs in 2013 » par les éditeurs du magazine Science [2]. En effet, alors que les panneaux photovoltaïques sur silicium prédominent grâce à une technologie mature, en quelques mois, les travaux sur des cellules solaires à base de pérovskites hybrides ont conduit à une explosion de leurs performances, sans précédent dans ce domaine.

Ces résultats récents ouvrent de nouvelles perspectives pour des panneaux photovoltaïques performants et bas coût, de nouveaux lasers ou même en spintronique comme suggéré par l’équipe FOTON [3]. De nombreuses questions restent ouvertes, allant de la chimie aux dispositifs en passant par la physique des matériaux. Quelques équipes dans le monde ont récemment contribué à améliorer la compréhension des propriétés de ces systèmes [1, 3, 4]. La démarche de l’équipe FOTON à l’interface entre la physique et la chimie du solide, a été reconnue dans la période récente [5]. Le travail de thèse s’inscrira dans le cadre d’une équipe active de 5 personnes. Il consistera principalement à développer les calculs ab initio (DFT) mais aussi empiriques, de modélisation des matériaux 3D et 2D ainsi que les hétérostructures et interfaces actives.

L’équipe possède un réseau très étendu de collaborations nationales et internationales sur ce thème. Le candidat sera fortement sollicité pour interagir avec les équipes extérieures de théoriciens, expérimentateurs et technologues. Il aura ainsi l’occasion d’associer une partie expérimentale à son travail, s’il le souhaite. Une formation de base sur les propriétés électroniques et structurales des matériaux, en physique du solide ou chimie du solide, est souhaitée, avec si possible une initiation aux codes ab initio (DFT). La pratique de l’anglais est un prérequis indispensable.

[1] D. B. Mitzi, Science (1999), J. Even, Phys. Rev. B (2012), Y. Wei, Opt. Exp. (2012)

[2] http://news.sciencemag.org/2013/12/sciences-top-10-breakthroughs-2013

[3] J. Even, Phys. Status Solidi RRL (2014).

[4] J. Even, J. Phys. Chem. Lett. (2013), J. Phys. Chem. C. (2014)

[5] J. Even, Interview ‘La Recherche’ no de Janvier 2014 et exposé « Avancées récentes dans le domaine des pérovskites hybrides pour les applications photovoltaïques » Dourdan (2013)

Encadrant : Jacky Even, Professeur, FOTON-OHM UMR CNRS 6082, INSA Rennes, tél. [phone], email : [e-mail]

Directeur FOTON-OHM : Olivier Durand, Professeur, email : [e-mail]

http://foton.cnrs.fr/v2012/