Croissance d’hétérostructure pérovskite halogène inorganique 2D/3D par dépôt par ablation laser pulsée (PLD) pour l’optoélectronique et le photovoltaique // Growth of Inorganic Halide Perovskite 2D/3D Heterostructures via Pulsed Laser Deposition (PLD) for

Les pérovskites halogènes (PK) ont démontré un très fort potentiel pour le photovoltaïque (PV) en atteignant des rendements records (35% en tandem sur silicium). Cependant, leur stabilité limitée (dégradation sous humidité, chaleur ou lumière) et les défis de mise à l’échelle (perte de rendement à grande surface) freinent leur industrialisation. Parallèlement, dans le domaine des microLED, les PK émergent comme une alternative prometteuse aux boîtes quantiques (QDs) pour les couches de conversion de couleur, grâce à leur pureté spectrale élevée et leur absorption supérieure. Pourtant, leur efficacité et stabilité restent à optimiser pour rivaliser avec les solutions existantes.

Ce projet propose une approche innovante : la fabrication de pérovskites inorganiques 2D et d’hétérostructures 2D/3D par dépôt par ablation laser pulsée (PLD), un procédé innovant pour les pérovskites et ayant un fort potentiel de mise à l’échelle. Les pérovskites 2D, grâce à leur confinement quantique, présentent une énergie de liaison des excitons élevée, idéale pour les LED et lasers, tandis que les hétérostructures 2D/3D améliorent la stabilité et réduisent les recombinaisons non radiatives.

Les objectifs de la thèse sont :
1. Synthèse de pérovskites 2D inorganiques (avec/sans plomb) par PLD et caractérisation avancée du matériau: cristallinité, luminescence, absorption, bandgap, stabilité…
2. Fabrication d’hétérostructures 2D/3D dans l’objectif d’atteindre un effet de passivation des défauts 3D, caractérisation avancée: rendement de photoluminescence, durée de vie des porteurs, passivation des interfaces…
3. Application pour le PV et les microLED : évaluation du potentiel pour des cellules tandem et des couches de conversion de couleur

Les résultats viseront à démontrer que le PLD permet de dépasser les limites actuelles (stabilité, production à grande échelle) tout en maintenant des performances optoélectroniques compétitives. Ce travail s’inscrit dans une dynamique mondiale où les PK pourraient contribuer à des avancées très significatives dans le domaine du PV et des micro-écrans.
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Halide perovskites (HPs) have demonstrated exceptional potential in photovoltaics (PV), achieving record efficiencies (35% in silicon-based tandem cells). However, their limited stability (degradation under humidity, heat, or light) and scalability challenges (efficiency loss at large scale) hinder industrial adoption. Concurrently, in microLED applications, HPs are emerging as a promising alternative to quantum dots (QDs) for color conversion layers, thanks to their high spectral purity and superior absorption. Yet, their efficiency and stability still require optimization to compete with existing solutions.

This project proposes an innovative approach: fabricating inorganic 2D perovskites and 2D/3D heterostructures via pulsed laser deposition (PLD), a scalable and unexplored method for perovskites. 2D perovskites, due to their quantum confinement, exhibit high exciton binding energy, making them ideal for LEDs and lasers, while 2D/3D heterostructures enhance stability and reduce non-radiative recombination.

The thesis objectives are:
1. Synthesis of inorganic 2D perovskites (lead-free and lead-based) via PLD and advanced material characterization (crystallinity, luminescence, absorption, bandgap, stability).
2. Fabrication of 2D/3D heterostructures to achieve defect passivation in 3D layers, with advanced characterization (photoluminescence yield, carrier lifetime, interface passivation).
3. Application in PV and microLEDs: evaluating potential for tandem solar cells and color conversion layers.
The results aim to demonstrate that PLD can overcome current limitations (stability, large-scale production) while maintaining competitive optoelectronic performance. This work aligns with global efforts where perovskites could drive significant advancements in PV and microdisplays
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service des procédés de Dépôts
Laboratoire : Laboratoire
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
Directeur de thèse : BERSON Solenn
Organisme : CEA
Laboratoire : DES/DTS//LCT

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service des procédés de Dépôts

Bac + 5 ingénieur ou master 2 Matériaux