Modélisation des propriétés électroniques et de transport des pérovskites hybrides

Modelling of electronic and transport properties of hybrid perovskites

• Auteur / Autrice : Antoine Lacroix
• Direction : Didier Mayou, Jean-Pierre Julien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Bernadette Lepetit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dmitry Aldakov, Jean-François Guillemoles
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Cavassilas, Paulina Plochocka-Maude
• DOI : 10.70675/5c887328zc0ecz40eaza0abz0875e2419718

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pérovskites

Mots clés libres

Désordre

Optoélectronique

Localisation

Transport quantique

Structure électronique

Quantum transport

Electronic structure

Localisation

Optoelectronics

Disorder

Résumé

Les pérovskites halogénées sont des matériaux très prometteurs dans de nombreux domaines, allant du photovoltaïque à la détection des rayons X. Dans ce contexte nous cherchons à modéliser leur propriétés de structure électronique et de transport, et avons réalisé une étude de la pérovskite MAPbI3 (MAPI). Nous avons donc développé un modèle décrivant le désordre thermodynamique dans MAPI, et approchons le problème de la structure électronique et du transport de manière purement quantique. Ainsi nous déterminons l’impact du désordre sur la structure électronique et le gap semi-conducteur. Nous observons aussi que les phonons longitudinaux optiques limitent les mobilités à des valeurs d’environ 100cm^2/(V.s). De plus les effets de localisation sont forts, même dans les cas avec du désordre thermique uniquement. Dans certain cas avec un désordre supplémentaire, où la mobilité est inférieure à 30cm^2/(V.s), les porteurs de charges sont même pratiquement totalement localisé, mais cette localisation est brisée par la dynamique du réseau. Ce régime est différent des régimes usuels de diffusion de bande ou de diffusion par sauts thermiquement activés.

Halide perovskites are very promising materials in various domains, ranging from photovoltaic to X-ray detection. In this context, we aim to model their electronic structure and transport properties, and have made a study of the perovskite MAPbI3 (MAPI). We developed a model describing thermodynamical disorder in MAPI et we approach the problem of electronic structure and transport from a purely quantum point of view. We determined the impact of disorder on the electronic structure and the semi-conductor bandgap. We also observe that the optical longitudinal phonons limit the mobilities to values around 100cm^2/(V.s). Furthermore, quantum localisation effects are strong, even in cases with only thermal disorder. In some cases with additional disorder, where the mobility is below 30cm^2/(V.s), the charge carriers are almost totally localized, but this localisation is broken by the lattice’s dynamic. This regime is different from the usual regimes of band diffusion or diffusion via thermally activated hopping.