Constantinos C. Stoumpos, Xiaotong Li, Weijun Ke, Richard D. Schaller, Claudine Katan, Mikael Kepenekian, Jacky Even, Peijun Guo, Mercouri G. Kanatzidis, Yihui He, Northwestern University [Evanston], Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Argonne National Laboratory [Lemont] (ANL), Institut des Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON (Institut FOTON), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), SC0012541, Basic Energy Sciences, DE-AC02-06CH11357, Office of Science, Institut Universitaire de France, Région Bretagne, ANR-15-CE05-0018,TRANSHYPERO,Vers une compréhension des propriétés de transport électronique des cellules solaires basées sur les pérovskites hybrides(2015), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
International audience; Large organic A cations cannot stabilize the 3D perovskite AMX3 structure because they cannot be accommodated in the cubo-octhedral cage (do not follow the Goldschmidt tolerance factor rule), and they generally template low-dimensional structures. Here we report that the large di-cation aminomethylpyridinium (AMPY), can template novel 3D structures which resemble conventional perovskites. They have the formula (xAMPY)M2I6 (x = 3 or 4, M = Sn2+ or Pb2+) which is doubled the AMX3 formula. However, because of the steric requirement of the Goldschmidt tolerance factor rule, it is impossible for (xAMPY)M2I6 to form proper perovskite structures. Instead, a combination of corner-sharing and edge-sharing connectivity is adopted in these compounds leading to the new 3D structures. DFT calculations reveal that the compounds are indirect-bandgap semiconductors with direct bandgaps presenting at slightly higher energies and dispersive electronic bands. The bandgaps of the Sn and Pb compounds are ~ 1.7 eV and 2.0 eV, respectively, which is slightly higher than the corresponding AMI3 3D perovskites. The Raman spectra for the compounds are diffuse, with a broad rising central peak at very low frequencies around 0 cm-1, a feature that is characteristic of dynamical lattices, highly anharmonic, and dissipative vibrations very similar to the 3D AMX3 perovskites. Devices of (3AMPY)Pb2I6 crystals exhibit clear photoresponse under ambient light without applied bias, reflecting a high carrier mobility (μ) and long carrier lifetime (τ). The devices also exhibit sizable X-ray generated photocurrent with a high μτ product of ~1.2×10-4 cm2 /V and an X-ray sensitivity of 207 μC Gy-1 cm-2.