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Peindre des pérovskites sur un film

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Dans un récent article de la revue scientifique Advance Materials, Lukas Helmbrecht et Wim Noorduin, deux chercheurs de l’institut de recherche AMOLF situé sur le campus de l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas, décrivent un nouveau procédé pour “peindre” instantanément un semi-conducteur de pérovskites.

Les pérovskites sont des cristaux de synthèse dont la structure est calquée sur celle du titanate de calcium décrite pour le minéralogiste russe Lev Perovski. Les propriétés extraordinaires de ces cristaux, à l’échelle nanométrique, en font un matériau très prometteur dans le domaine de l’optoélectronique, celui des composants électroniques qui émettent de la lumière ou interagissent avec elle, comme les diodes électroluminescentes (LED) ou les cellules solaires photovoltaïques.

Le procédé imaginé par les chercheurs néerlandais est une lithographie par échange d’ions.  Pour illustrer et démontrer la validité de leur concept, ils ont déposé une fine couche de carbonate de plomb sur une plaque de verre. Sur ce support qui leur servait en quelque sorte de “toile”, ils ont placé un pochoir représentant Marie Curie puis ils ont pulvérisée une “encre” faite de bromure de méthylammonium. Au contact de la toile, cette “encre” transparente transforme le carbonate de plomb, également transparent,  en pérovskitende plomb dont la luminescence révèle le portrait de la savante franco-polonaise.

Cette luminescence résulte du remplacement de l’ion carbonate du carbonate de plomb de la toile par l’ion brome du bromure de méthymammonium de l’encre. Cet échange d’ions permet en effet au nouveau sel de plomb formé d’acquérir  la structure pérovskite photosensible.
Les chercheurs ont ensuite montré que cette réaction pouvait également se produire avec d’autres halogènes: chlorures, bromures et iodures de méthylammonium (ou de formamidinium).  En jouant sur les types de composants et leurs proportions, la longueur d’onde de photoluminescence des perovskites produites peut être réglée sur une fréquence précise du spectre visible. Il devient ainsi possible de produire aussi bien une LED verte qu’une LED jaune par exemple.
Le mode d’application de l’encre sur le film réactif peut aussi être très variable : tampon, pinceau, pistolet, buse d’impression, etc. ce qui permet une infinité de motifs possibles, aux propriétés optoélectroniques réglables dans un seul film et avec des dimensions très précises : des gouttes d’encre de seulement quelques micromètres produisent également des points de seulement quelques micromètres.
Un travail de développement reste à faire pour industrialiser le procédé mais une nouvelle manière de produire ces composants à fort potentiel de croissance, est désormais à portée de main.

(1) réaction simplifiée, valable pour tous les halogénures:
PbCO3 + 3CH3NH3X ⇄ H2O + CO2 + 2CH3NH2 + CH3NH3PbX3 (perovskite)
où X représente un halogène : chlore (Cl), brome (Br) ou iode ( I)

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