Thèse Simple Couche Émissive à Base de Nanocristaux de Pérovskites pour des Dispositifs Rgbw Leds H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université Paris-Saclay GS Chimie
École doctorale : Interfaces : matériaux, systèmes, usages
Laboratoire de recherche : Laboratoire Lumière, Matière et Interfaces
Direction de la thèse : Cédric MAYER ORCID 0000000229029240
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59

L'objectif général principal de cette thèse est de développer des encres composites innovantes à 3 composants, afin de créer une couche émissive unique (SEL) efficace offrant un véritable avantage pour les problématiques de fabrication en solution destinées aux dispositifs LED flexibles, compatibles avec des procédés industriels.
Les encres seront conçues pour produire des émissions rouges (R), vertes (V), bleues (B) et blanches (B) afin de répondre aux besoins des systèmes d'éclairage et des applications d'affichage. Les LED plastiques (OLEDs, PLEDs) permettent des dispositifs ultra-minces, flexibles et économes en énergie, ainsi qu'une fabrication évolutive (jet d'encre, roll to roll), mais les empilements multicouches conventionnels restent coûteux et complexes à fabriquer à grande échelle. Les stratégies à couche émissive unique (SEL) peuvent simplifier les architectures, mais se heurtent encore à des obstacles en matière de stabilité, d'efficacité, de contrôle des émissions et de montée en échelle sur de grandes surfaces avec des performances reproductibles. Dans ce contexte, bien que les OLED SEL soient prometteuses, elles continuent de faire face à des défis importants. Pour y répondre, le projet vise à développer des encres composites. Ces encres combinent des nanocristaux de pérovskite (PNCs) et des complexes organométalliques phosphorescents (POCs) au sein d'une matrice polymère hôte (HPM). Afin d'éviter une ségrégation de phase entre ces trois composants, la conception de métallopolymères spécifiques (POC@MP) sera étudiée. Le projet poursuit trois objectifs ambitieux : (1) Synthèse et formulation d'encres SEL rouge, vert, bleu et blanc par mélange contrôlé des trois composants, suivie d'une optimisation par retours itératifs issus de la plateforme d'électronique organique ; (2) Conception de nouveaux POC@MPs et adaptation des formulations d'encres (PNCs/POC@MP) pour la fabrication de LEDs R, V, B et B sur des substrats en verre (surface active : 28 mm²) par enduction par centrifugation, en s'appuyant sur les enseignements de l'objectif 1 ; (3) Mise à l'échelle du procédé vers de plus grandes surfaces actives (25 cm²) par enduction à fente, avec l'objectif final d'intégration sur des substrats flexibles de dimensions équivalentes.

Metal halide perovskite nanocrystals (PNCs) have emerged as highly promising luminescent materials for next-generation LEDs, owing to their high photoluminescence quantum yields, tunable band gaps, and high charge-carrier mobility. Until now, no study had combined PNCs, phosphorescent organometallic complexes (POCs), and host polymers into a single electroluminescent ink.
The LuMIn team developed a modified LARP process producing highly uniform PNCs (~10 nm) at high concentration, compatible with diverse organic molecules and without multi-step centrifugation. In collaboration with LPICM, this breakthrough enabled the realization of high-performance green LEDs: 18,000 cd/m², 50 cd/A, 31 lm/W, EQE >12%, on 28 mm² active surfaces at 2.8 V - a remarkable result compared to the state of the art. The introduction of a sacrificial perovskite interlayer further suppressed nonradiative quenching at the HTL/perovskite interface, boosting device efficiency.
Building on this proof of concept, the project aims to develop four electroluminescent inks (R, G, B, W) for scalable integration on flexible substrates (25 cm²). Target specifications include: luminance >15,000 cd/m², efficiency >40 cd/A, EQE >15%, operating voltage ~2.8 V, and stability t/ >100 h. The strategy leverages the synergy between PNCs, Ir(III)-based POCs, and host polymers - or metallopolymers (POC@MPs) - to prevent phase separation and optimize exciton transfer, with particular focus on high-performance WLEDs.

The project aims to develop innovative 3-component composite electroluminescent inks to fabricate efficient single emissive layers (SELs) for flexible LED devices, compatible with industrially scalable processes. These inks combine perovskite nanocrystals (PNCs), phosphorescent organometallic complexes (POCs), and host polymer matrices (HPMs) - or metallopolymers (POC@MPs) - to produce red, green, blue, and white (RGBW) emissions for both lighting and display applications.
Three core objectives structure the project:
-Synthesis and formulation of RGBW SEL inks through controlled blending of the three components, iteratively optimized via an organic electronics platform.
-Design of novel POC@MPs and ink formulations (PNCs/POC@MP) for fabrication of RGBW LEDs on glass substrates (28 mm²) via spin-coating.
-Upscaling to larger active areas (25 cm²) using slot-die coating, with ultimate integration on flexible substrates.
Target performance metrics include luminance >15,000 cd/m², efficiency >40 cd/A, EQE >15%, operating voltage ~2.8 V, and stability t/ >100 h, with a particular focus on high-performance white LEDs.

Syntheses:
- Nanochemistry by anti-solvent method and by Hot Injection method
- Organic functionalization of nanocrystals
Characterizations :
- UV-Vis spectroscopy
- Luminescence spectroscopy
- HRSTEM - EDX
- XRD
- IR spectroscopy
- Profilometry and ellipsometry
Devices fabrication:
-Spin-coater
-Slot-die
-Evaporation inside glovebox