Structural and dynamic properties of hybrid organolead perovskites for photovoltaic applications

Propriétés structurales et dynamiques des pérovskites hybrides organo-plombiques pour les applications photovoltaïques Contrairement aux attentes théoriques et au comportement classique des composés semi-conducteurs classiques, les modes de phonon ne montrent pas de dispersion, ce qui suggère un comportement anharmonique très fort et des effets de localisation. Ce comportement remet en question la validité de l'image de quasi-particule pour décrire les phonons utilisée dans l’interaction des porteurs de charges avec le réseau, c’est-à-dire la compréhension de l'interaction de Fröhlich pour la mobilité des porteurs. Par ailleurs, le recouvrement des modes acoustique avec les modes optiques de basses énergie peut aider à résoudre le paradoxe apparent de la dépendance en température de type phonons acoustiques de la mobilité des porteurs de charge et des processus directs dominants supposés être liés aux phonons optiques. Nos résultats mettent également en évidence le rôle du fort couplage anharmonique acousto-optique (responsable de la faible élasticité) dans la conductivité thermique faible, comme dans des phases vitreuses (glassy like) et l’effet de goulet d’étranglement des phonons dans les HOP. Cette étude expérimentale pourrait également fournir un solide point de départ pour des calculs théoriques permettant de mieux comprendre les propriétés fondamentales de ces matériaux Ce projet se concentre sur l’étude de pérovskites hybrides organo-plombiques (HOP), à savoir MAPbBr3, MAPbI3, FAPbBr3 et α-FAPbI3. Pour ce faire, nous nous appuyons beaucoup sur la spectroscopie de diffusion inélastique de neutrons (INS), car elle permet de sonder systématiquement les propriétés structurales de ces matériaux. Avec ça, nous pouvons présenter une étude détaillée des excitations de réseau cristallin (phonons) dans les quatre composés HOP les plus pertinents sur le plan technologique dans le domaine du photovoltaïque. En mesurant les courbes de dispersion des phonons acoustiques, nous donnons une image claire de la faible élasticité, qui montre une réduction des constantes élastiques dans les composés avec le FA par rapport au MA, et aussi avec l’iode par rapport au brome. L’évolution des paramètres d’élasticité avec le paramètre de réseau permet aussi d’expliquer leurs conductivités thermiques ultra-basses, et de comprendre l’instabilité structurale de FAPI. Nous présentons également ici une comparaison détaillée des excitations optiques dans les quatre composés différents, dans laquelle nous discutons avec soin de l'attribution des modes de vibrations structurales respectives.