Synthèse et caractérisation de nanoplaquettes semi-conductrices : contrôle des dimensions, de la forme et de la composition

This work supported by Solarwell aims at developing nanoplatelets syntheses. These anisotropic structures might facilitate the integration of nanocrystals in devices using their outstanding optoelectronic properties such as light-emitting diodes, solar cells or transistors. These bidimensionnal semi-conducting nanocrystals have a one dimensional quantum confinement and are atomically flat. The first objective of this work is to extend laterally the nanoplatelets in order to obtain micrometer scale thin films by colloidal synthesis. For this purpose, a strategy for lateral extension by continuously injecting precursors as well as an optimization work on synthesis parameters were realized. It allowed developing a robust synthesis to obtain nano-scrolls hundreds of nanometers long. The nano-scrolls obtained are characterized by absorption spectroscopy and transmission electronic microscopy. They are unrolled by a technique used to grow shells on core nanoplatelets. This procedure leads to flat nanosheets hundreds of nanometers wide and one nanometer thick. In order to widen the accessible wavelength domain, a cation exchange method has been applied to cadmium chalcogenides nanoplatelets. Nanoplatelets absorbing in the UV part (zinc chalcogenide) and infrared part (lead chalcogenide) of the spectrum have been realized. This technique allows extending the 2D heterostructures to new materials.Cette thèse s'intègre dans le cadre d'un projet CIFRE avec Solarwell et a pour but de valoriser la synthèse des nanoplaquettes. Ces objets anisotropes permettraient de faciliter l'intégration des nanocristaux dans les dispositifs qui utilisent leurs propriétés opto-électroniques particulières (dispositifs luminescents, cellules solaires, transistors...). Les nanocristaux semi-conducteurs bidimensionnels présentent un confinement quantique selon une dimension, l'épaisseur, contrôlée à la monocouche atomique. Le premier objectif de cette thèse est d'étendre latéralement les nanoplaquettes afin de disposer de films d'épaisseur nanométrique par voie colloïdale. Pour ce faire, une stratégie d'extension latérale par injection continue de précurseurs ainsi qu'une optimisation des paramètres de synthèse ont été mises en place. Elles ont permis de mettre au point une synthèse simple et robuste de nano-rouleaux de plusieurs centaines de nanomètres de long. Les nano-rouleaux obtenus sont caractérisés par spectroscopie d'absorption et microscopie électronique en transmission. Ils sont déroulés par une technique de croissance de coque sur les nanoplaquettes pour obtenir des nanofeuillets plats d'épaisseur homogène de l'ordre du nanomètre. Ensuite, afin d'élargir la gamme de longueurs d'onde accessibles, une méthode d'échange de cations a été appliquée aux nanoplaquettes de chalcogénure de cadmium synthétisées par voie directe. Des nanoplaquettes absorbant dans l'UV (chalcogénure de zinc) et dans l'infrarouge (chalcogénure de plomb) ont été obtenues. Cette technique permet d'étendre les hétérostructures bidimensionnelles à de nouveaux matériaux