Formation de phases mixtes guanidinium-méthylammonium stables avec des durées de vie des porteurs exceptionnellement longues pour des photovoltaïques à base de pérovskite iodure de plomb à haute efficacité

Les pérovskites organiques-inorganiques à base de méthylammonium (MA) et de formamidinium (FA) offrent des performances exceptionnelles en tant que matériaux photovoltaïques, en raison de leur polyvalence de fabrication et de leurs rendements de conversion d'énergie atteignant plus de 22 %. La proposition de matériaux de pérovskite dopés au guanidinium (GUA) a suscité un intérêt considérable en raison de leur potentiel à augmenter les durées de vie des porteurs et les tensions en circuit ouvert par rapport à la pure MAPbI3. Cependant, de simples considérations de taille basées sur le facteur de tolérance de Goldschmidt suggèrent que le guanidinium est trop grand pour remplacer complètement le méthylammonium en tant que cation A dans le réseau de pérovskite APbI3, et son effet a donc été attribué à la passivation des états de piégeage de surface aux frontières des grains. Comme on ne pensait pas que le guanidinium s'incorpore dans le réseau MAPbI3, l'intérêt a diminué car il semblait peu probable qu'il puisse être utilisé pour modifier les propriétés intrinsèques de la pérovskite. Ici, en utilisant la RMN à l'état solide, nous fournissons pour la première fois des preuves au niveau atomique que GUA est directement incorporé dans les réseaux MAPbI3 et FAPbI3, formant des phases pures GUA xMA1- xPbI3 ou GUA xFA1- xPbI3, et qu'il se réoriente à l'échelle du picoseconde au sein du réseau de pérovskite, ce qui explique sa capacité supérieure à stabiliser les porteurs de charge. Nos découvertes établissent un lien fondamental entre les durées de vie des porteurs de charge observées dans les pérovskites photovoltaïques et la structure du cation A dans les pérovskites de type ABX3 à base de halogénures métalliques.