M. Abdi-Jalebi dank Nava Technology Limited für ein Promotionsstipendium. MI Dar und M.Grätzel danken dem King Abdulaziz Stadt für Wissenschaft und Technologie (KACST) und dem Schweizerischen Nationalfonds (SNF) für die finanzielle Unterstützung. Die Autoren danken Dr. Pierre Mettraux in der Molekular- und Hybrid Materialcharakterisierung Center, EPFL für die Durchführung der XPS-Messungen zu danken. A.Sadhanala dankt finanzielle Unterstützung aus dem Projekt Indo-UK APEX. SP Senanayak erkennt die Royal Society London für das Newton-Stipendium. RH Friend, M. Abdi-Jalebi und A. Sadhanala möchte die Unterstützung der EPSRC anzuerkennen.

1. Synthese und Abscheidung von Pristine und Additivbasis CH 3 NH 3 PbI 3 HINWEIS: Alle Lösungen wurden in einer Argon - Glovebox vorbereitet unter Feuchtigkeits- und Sauerstoff kontrollierten Bedingungen (H 2 O - Ebene: &lt;1 ppm und O 2 -Gehalt: &lt;10 ppm). <ol><li> Man löst 553 mg (1,2 M) von PbI 2 in 1 ml N, N - Dimethylformamid (DMF) unter ständigem Rühren bei 80 ° C. </li><li> 0.02 M des einwertigen Kations Halogeniden zur PbI 2 -Lösung. </li><li> Spin-Beschichtung der resultierende gelbe transparente Lösung auf das Substrat (beispielsweise mesoporösen TiO 2) für 30 s bei 6.500 Upm mit einer Rampe von 4.000 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Backen Sie die Filme auf einer Heizplatte bei 80 ° C für 30 min. </li><li> Man löst 40 mg des Methyl Iodid (MAI) in 5 ml Isopropanol. </li><li> Spin-coat eine ausreichende Menge von MAI Lösung auf die resultierende Bleiiodid Filme unter Verwendung eines zweistufigen Protocol, die von 20 s des Spinnens gefolgt bei 4.000 min 45 s Ladezeit beinhaltet. </li><li> Einbrennlackieren schleuderbeschichtet Perowskit Filme auf einer Heizplatte bei 100 ° C für 45 min. </li></ol> 2. Solarzellenfertigung <ol><li> Untergrundvorbereitung <ol><li> Muster mit Fluor dotiertem Zinnoxid (FTO) -beschichteten Glases. <ol><li> Decken Sie den aktiven Bereich des FTO-Glas mit halbtransparenten Klebeband. </li><li> Gießen Sie das Zink (Zn) -Pulver auf den freiliegenden Flächen der FTO Substraten. </li><li> Bereiten 2 M Salzsäure (HCl) in destilliertem Wasser. </li><li> Gießen Sie die HCl-Lösung auf den Teil des FTO Glas, das mit Zn-Pulver bedeckt ist. </li><li> Waschen Sie die FTO mit Wasser und entfernen Sie das Band. </li></ol></li><li> Reinigen der Substrate <ol><li> Waschen Sie die FTO Glas mit 2% (w / v) Waschmittel. </li><li> Beschallen die geätzten FTO Substrate in Aceton und Isopropanol (IPA) für 10 min. </li><li> Behandeln Sie die FTO Substrate mit einem ULTRAVIolet / O 3 Reiniger für 15 min. </li></ol></li></ol></li><li> Die Abscheidung einer Lochsperrschicht <ol><li> Hinzufügen 0,6 ml Titandiisopropoxidbis (acetylacetonat) (TAA) in 7 ml IPA. </li><li> Setzen Sie die gereinigten und gemusterten FTO Substrate auf einer Heizplatte bei 450 ° C und decken die Kontaktfläche vor dem Erhitzen. </li><li> Sprühpyrolyse die TAA - Lösung auf dem nicht abgedeckten Bereich unter Verwendung von O 2 als Trägergas. </li><li> Lassen Sie die Proben bei 450 ° C für 30 min. </li></ol></li><li> Abscheidung einer Elektronentransportschicht <ol><li> Verdünnen Sie die kommerziellen TiO 2 Paste (30-nm Partikelgröße) mit Ethanol (2: 7, Gewichtsverhältnis). </li><li> Homogenisieren TiO 2 Verdünnung von 30 min Beschallen. </li><li> Spin-Beschichtung der Titandioxid Verdünnung auf die vorbereiteten Proben mit kompaktem TiO 2 -Schichten für 30 s bei 5000 Upm mit einer Rampe von 2.000 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Tempern Titania Filme bei 500 ° C für 30Minute </li><li> Behandeln der erhaltenen mesoporösen TiO 2 -Filme in einer 40 mM Lösung von TiCl 4 in destilliertem Wasser bei 70 ° C für 20 min. </li><li> Einbrennlackieren TiCl 4 -behandelten Filme bei 450 ° C für 30 min. </li></ol></li><li> Abscheidung der Perowskitschicht HINWEIS: Die FTO Substrate mit Titandioxidschichten wurden in einen trockenen Luftkasten mit einer Feuchtigkeit von für den Rest des Herstellungsprozesses &lt;1% übertragen. <ol><li> Spin-Beschichtung der vorbereiteten Bleiiodid Lösungen (mit und ohne Dotierstoffen) auf die mesoporösen TiO 2 für 30 s bei 6.500 Upm mit einer Rampe von 4.000 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Backen Sie die Filme auf einer Heizplatte bei 80 ° C für 30 min. </li><li> Spin-coat eine ausreichende Menge von MAI Lösung in die resultierende Bleifolien Iodid ein zweistufiges Protokoll verwendet, das für 20 s durch Aufschleudern bei 4000 Upm mit einer Rampe von 2000 Upm, gefolgt von 45 s Ladezeit umfasst. </li><li> Einbrennlackieren schleuderbeschichtet Perowskit Filme auf einem hotplate bei 100 ° C für 45 min. </li></ol></li><li> Die Abscheidung der Lochtransportschicht <ol><li> In 72,3 mg Spiro-OMeTAD bis 1 ml Chlorbenzol und schütteln, bis die Lösung transparent wird. </li><li> Machen Sie eine Stammlösung von Bis (trifluormethylsulfonyl) imid (LiTFSI) durch Zusatz von 520 mg LiTFSI in Acetonitril. </li><li> In 17,5 ul der LiTFSI Stammlösung und 28,8 &amp; mgr; l 4 - tert - butylpyridin (TBP) an die Spiro-OMeTAD Lösung. </li><li> Spin-Beschichtung der obigen Lösung 30 s bei 4000 rpm mit einer Rampe von 2.000 Umdrehungen pro Minute. </li></ol></li><li> Thermische Verdampfen des oberen Kontakt <ol><li> Maske, die Proben und steckte sie in die Vakuumkammer des Verdampfers. </li><li> Dampfe 80 nm Gold mit einer Rate von 0,01 nm / s. </li></ol></li></ol>

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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-Layer+TiO2+Electrodes+with+Controlled+Phase+Composition+and+Morphology+for+Efficient+Light+Management+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">Double-Layer TiO2 Electrodes with Controlled Phase Composition and Morphology for Efficient Light Management in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. of Clust. Sci. 25 (4), 1029-1045 (2014).</li><li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+a+Mesoporous+Titania-Perovskite+Interface+on+the+Performance+of+Hybrid+Organic-Inorganic+Perovskite+Solar+Cells.">Impact of a Mesoporous Titania-Perovskite Interface on the Performance of Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), 3264-3269 (2016).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Eine typische Architektur von mesoskopischen Perowskit - Solarzellen wurde in dieser Arbeit, wo eine Reihe von Materialien wurden durch Schleuderbeschichtung zwischen einem leitfähigen Substrat und einer thermisch aufgedampften Metallkontakt (Figur 1) verwendet. Die mesoporösen TiO 2 -Schichten wurden mit TiCl 4 behandelt, von denen berichtet wird , um die Oberfläche zu passivieren und Traps an die Grenzfläche zwischen der Elektronentransportschicht und dem Absorbermaterial 21, 22 zu verbessern. Die Perowskit-Schicht wurde dann eine sequentielle zweistufigen Abscheidungstechnik abgeschieden werden. Die vollständige Umwandlung von Bleihalogenide in Perowskit im zweiten Schritt ist wichtig , die höchste Lichtabsorption 16, 17, zu erreichen , und wir haben gezeigt , dass die einwertigen Kation Halogenidzusätzen (zB NaI und CuBr) in einem vollständigen Umsatz führen. Weiterhin ist die vollständige Abdeckung des mesoporösen Titanoxidschicht with Perowskit Überschicht ist entscheidend Potential Rekombination zwischen der Lochtransportschicht (beispielsweise Spiro OMeTAD) und der Elektronentransportschicht (beispielsweise mesoporösen TiO 2) 23 zu eliminieren. Wir veranschaulicht , dass die einwertiges Kation Halogeniden Zugabe (zB CuI und AgI) kann die Oberflächenabdeckung der Perowskit - Deckschicht zu verbessern, die für das Gerät zu einer höheren Leerlaufspannung führt. Der wesentliche Vorteil unseres Verfahrens ist der Dotierungsschritt, wo wir einwertigen Kationen in die CH 3 NH 3 PbI 3 - Struktur zu verbessern , die Ladungsdichte, die Ladungstransport und die Leitfähigkeit der Absorberschicht eingearbeitet. Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, verbessert die vorgenannten Dotierstoffe deutlich sowohl das Elektron und das Loch Mobilitäten. Zusätzlich ist eine bemerkenswerte Abnahme in der Ladungstransportaktivierungsenergie sowie in die energetische Störung der Perowskite Film wurde durch einwertige Kationendotierung erreicht. In dieser Arbeit haben wir ein Verfahren zum Dotieren CH 3 NH 3 PbI 3 als Absorberschicht in der mesoskopischen Perowskit - Solarzellenstruktur gezeigt. Einwertiges Kation Halogenide wurden tune verwendet , um die morphologischen, optischen und elektrischen Eigenschaften von CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskit - Film, um die photovoltaische Leistung zu verbessern. Daher eingebaut wir drei verschiedene einwertige Kationen (zB Na +, Cu + und Ag +), die Pb 2+ ähnliche Ionenradien haben, in der Hauptquelle in der sequentiellen zweistufigen Abscheidung von CH 3 NH 3 PbI 3 . Als Ergebnis trat eine bemerkenswerte Verbesserung in der strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften von CH 3 NH 3 PbI 3 in Gegenwart dieser Additive Für die hergestellten Solarzellen zu höheren PCEs führt. Deshalb ist unsere Arbeit halloghlights eine leichte Möglichkeit , die CH 3 NH 3 PbI 3 als Absorberschicht zum Dotieren, die in allen anderen Konfigurationen von Perowskit - Solarzellen (zB planar Architektur), um die elektronische Qualität der Perowskit - Dünnschichten verwendet werden können , weiter zu verbessern. Die Daten dieses Papier zugrunde liegen, sind verfügbar unter: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.

Derzeit ist die vorherrschende Teil des Energiebedarfs der Welt (dh 85%) durch die Verbrennung von Erdöl, Kohle und Erdgas wird, zugeführt , die die globale Erwärmung erleichtert und hat nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt 1. Daher ist die Entwicklung von CO 2 -neutrale Energiequellen von höchstem Interesse. Photovoltaik (PV) ist ein idealer Energieumwandlungsprozess, die diese Anforderung erfüllen können. Allerdings Kosten und Effizienz, als die wichtigsten Hindernisse für die umfassende Einführung von PV-Technologie, muss verbessert werden. Schwellen PV-Technologien auf der Basis neuer Materialien, wie Perowskit-Solarzellen (PSC), haben die Kombination von geringeren Kosten und mehr Effizienz. Dies wird durch die Verwendung von billigen Materialien erreicht , die leicht verfügbar sind, sowie durch die schnelle, einfache und energiearme Verarbeitungswege im Vergleich zu Silizium basierenden Pendants 2, 3,4. Eine deutliche Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz (PCE), von 3,8% auf mehr als 22% wurde für organisch-anorganischen Hybrid Bleihalogenide Perowskit seit seinem ersten Auftritt in der PV - Architektur 5, 6, 7, 8 berichtet. Eine solche hervorragende Leistung stammt aus dem starken Lichtabsorption mit einem extrem scharfen Bandkante, die sehr niedrige energetische Störung, die schwach gebundenen Exzitonen, die leicht mit großen Diffusionslängen in den freien Trägern distanzieren, und die Photonenrecyclingfähigkeit von organisch-anorganischen Hybrid Bleihalogenide Perowskit 9, 10, 11, 12. Diese Materialien werden in der Perowskit - Familie klassifiziert, die aus organischen Halogenid und Metallhalogenidsalzen kristallisiert sind zur Bildung von Kristallen in der ABX 3 </sub&gt; Struktur, wobei X ein Anion ist und A und B Kationen sind in verschiedenen Größen (A größer als B ist). Berichtet Kationen für die A-Stelle enthalten Methylammonium (MA), formamidinium (FA) und Cäsium (Cs); eine Kombination dieser Kationen zeigt die höchste Leistung 13, 14. Darüber hinaus ist der Hauptkandidat für das zweiwertige Kation in der B-Stelle führen, die durch Zinn ersetzt werden kann; die Bandlücke kann Perovskit 15 gemischt in einer Blei-Zinn - bis über 1.000 nm erfolgreich rotverschoben ist. In ähnlicher Weise sind die X-Ort Insassen ausgiebig untersucht worden, wobei man eine Mischung von Iodid (I) und Bromid (Br) als die wichtigsten Kandidaten 16 eingeführt wurden, 17. Daher ist es sehr plausibel die strukturelle, morphologische und optoelektronischen Eigenschaften von Perowskiten zu manipulieren durch ihre chemische Zusammensetzung zu verändern. Trotz der Tatsache, dass die verbesserte crystalline Qualität und die makroskopische Gleichmßigkeit des Perowskit - Films sind Schlüsselparameter effiziente Vorrichtungen 18 zu erreichen, die Auswirkungen der Grenzen zwischen den polykristallinen Domänen, den Ursprung und die Rolle der elektronischen Defekte in den Perowskit - Absorber und die Rolle der Ladungssammelschichten auf Verlustprozesse in den Perowskit-Solarzellen sind noch nicht gut verstanden. In Bezug auf die Art der elektronischen Defekte in der Perowskit-Struktur, hat es sich, dass viele der Mängel, wie ich oder Pb offene Stellen, führen in Staaten, die sehr nahe an oder in dem Kontinuum von Zuständen in den Leitungs- und Valenzband berichtet worden, die könnte eine negative elektronische Auswirkungen auf die Photovoltaik - Geräte 19. Darüber hinaus ist eine starke kovalente Bindung Wechselwirkung zwischen Bleikationen und Iodid - Anionen in der Perowskit - Ebene kann auf das Vorhandensein von Eigenfehlern führen (zB unter koordinierten Pb - Dimere und Trimere I), das könnte Create Stellen innerhalb der Bandkante , die 20 während des Betriebs der Vorrichtung als Ladungs Rekombinationszentren wirken. Hier untersuchen wir die Auswirkungen des Dopings CH 3 NH 3 PbI 3 Perowskit mit einwertiges Kation Halogeniden, einschließlich Na +, Cu + und Ag +, niedrigere valenten Metallionen als Pb 2+. Wir übernehmen daher diese Kationen durch die Zugabe eines rationalen Höhe ihrer Halogenid-basierte Salze (beispielsweise NaI, CuBr, CuI und AgI) in die Perowskit - Vorläuferlösung. Diese Kationen haben Ionenradien ähnlich wie Pb 2+, so Substitutions - Dotierung im Kristall wahrscheinlich ist. Wir haben gezeigt, dass die Gegenwart dieser Kationen wirkt sich stark sowohl auf die Morphologie und die Bedeckung der Perovskit-Schicht. Darüber hinaus hat die Gegenwart dieser Kationen (zB Na + und Ag +) durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) bestätigt worden ist , und ein significant Veränderung im Fermi-Niveau von Perowskit wurde von Kelvin-Sonde (KPFM) gemessen. Durch Einbettung dieser Kationen in sequentiell abgelagerten Perowskit Solarzellen erreichten wir eine Verbesserung der photovoltaischen Wirkungsgrad von PSC (15,6% bis 14% zu vergleichen). Daher ist es sehr wichtig , um die strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften der Absorberschicht (beispielsweise Perowskit) in Solarzellenarchitektur zu verbessern , die Ladungstransport zu maximieren und die Oberflächenfallen , um zu passivieren , die höchste PV Leistung zu erreichen.

<table><tbody><tr><td>Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>735264-1EA</td><td>Resistivity&amp;asymp;13 &amp;Omega;/sq</td></tr><tr><td>Zinc powder</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>96454</td><td>Molecular Weight 65.39&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>84415</td><td>&amp;ge;37 wt. %</td></tr><tr><td>Hellmanex detergent&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>Z805939-1EA</td><td>pkg of 1 L&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>325252</td><td>75&amp;nbsp;wt. % in isopropanol</td></tr><tr><td>Titania Paste</td><td>DYESOL</td><td>MS002300</td><td>30 NR-D Transparent Titania Paste</td></tr><tr><td>Lead(II) iodide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>211168</td><td>99 wt. %</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N,N&lt;/em&gt;-Dimethylformamide&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>437573</td><td>ACS reagent, &amp;ge;99.8%</td></tr><tr><td>Methylammonium iodide</td><td>DYESOL</td><td>MS101000</td><td>Powder&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SpiroMeOTAD</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>792071</td><td>99% (HPLC)</td></tr><tr><td>Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>544094</td><td>99.95% trace metals basis&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>4-&lt;em&gt;tert&lt;/em&gt;-Butylpyridine</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>142379</td><td>Purity: 96%</td></tr><tr><td>Chlorobenzene</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>284513</td><td>anhydrous, 99.8%</td></tr><tr><td>2-Propanol (IPA)</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>278475</td><td>anhydrous, 99.5%&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>2860</td><td>absolute alcohol, without additive, &amp;ge;99.8%</td></tr></tbody></table>

monovalent cation doping of ch3nh3pbi3 for efficient perovskite solar cells

Hier zeigen wir die Inkorporation von einwertigen Kations Additive in CH 3 NH 3 PbI 3 Perowskit, um die optische, excitonischen und elektrischen Eigenschaften einzustellen. Die Möglichkeit der Dotierung wurde durch Zugabe von einwertigen Kations Halogeniden mit ähnlichen Ionenradien zu Pb 2+, einschließlich Cu +, Na + und Ag + untersucht. Eine Verschiebung in der Fermi-Niveau und eine bemerkenswerte Abnahme der Unter Bandgap optischen Absorption, zusammen mit einer niedrigeren energetischen Störung in der Perowskit wurde erreicht. Ein Auftrag-of-Größenordnung Verbesserung in der Masse Lochmobilität und eine deutliche Reduzierung der Transportaktivierungsenergie innerhalb eines Zusatzstoffes-basierende Perowskit-Gerät wurde erreicht. Der Zusammenfluß der genannten verbesserten Eigenschaften in Gegenwart dieser Kationen führte zu einer Verbesserung in den photovoltaischen Parameter der Perowskit-Solarzelle. Eine Erhöhung von 70 mV in Leerlaufspannung für AgI und 2 mA / cm 2 improvement in Photo Dichte für NaI- und CuBr basierten Solarzellen wurden dem ursprünglichen Vorrichtung erreicht verglichen. Unsere Arbeit ebnet den Weg für weitere Verbesserungen in der optoelektronischen Qualität von CH 3 NH 3 PbI 3 Perowskit und nachfolgende Geräte. Sie weist auf einen neuen Weg für Untersuchungen über die Rolle der Dotierstoffstörstellen bei der Kristallisation und steuert die elektronischen Defektdichte in Perowskit-Strukturen.

Feldemissions - Rasterelektronenmikroskopie (FESEM) wurde verwendet , um beide Querschnittsbilder der hergestellten Solarzellen Perowskit aufzuzeichnen (Figur 1) und Draufsicht Bilder der abgeschiedenen PbI 2 und CH 3 NH 3 PbI 3 Filme (Abbildung 2). Röntgenbeugung (XRD) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurden die strukturellen Eigenschaften der Perowskit - Filme zu charakterisieren eingesetzt (Figuren 3 und 4). Photothermische Strahlablenkungsspektroskopie (PDS) und Kelvin-Sonde (KPFM) wurden die optischen und elektrischen Eigenschaften der Perowskit Filme Sonde verwendet, bzw. (5 und 6). Darüber hinaus temperaturabhängige Massentransportmessungen auf Basis von Raumladung begrenzt Strom (SCLC) wurde auf den Perowskit - Geräte (Abbildung 7) durchgeführt wird . Schließlich ist ein Standard photovoltaic Messung der hergestellten Vorrichtungen durchgeführt wurde (Abbildung 8 und Tabelle 1). Basierend auf der Draufsicht SEM - Bilder der PbI 2 und CH 3 NH 3 PbI 3 abgeschieden auf der mesoporösen TiO 2 -Schicht (mp-TiO 2) in 2 gezeigt ist , wurde die Wirkung der Additive auf die Morphologie von Perowskit dargestellt , wobei großen Zweig förmige Kristalle aus PBI 2 wurden in der Nal-basierten Probe erreicht. Dies führte zur Bildung von größeren asymmetrische Kristalle von Perowskit. Darüber hinaus erhalten wir eine gleichmäßige und porenfreie Perowskit - Deckschicht für CuI und AgI-basierte Proben (Abbildung 2c und 2e). Um die Wirkung des einwertigen Kations Halogenid Additiven auf der Kristallstruktur von CH 3 NH 3 PbI 3 und auf die Umwandlung von PbI 2 in CH 3 NH 3 PbI untersuchen3, Röntgenbeugung wurde durchgeführt (Abbildung 3). Obwohl die Kristallstruktur des fertigen Perowskit die für alle Proben gleich blieb, ist es offensichtlich , daß die Beugungspeaks bei 2θ = 12,6, die 2 mit dem nicht umgesetzten PbI entspricht, wurde in Gegenwart von NaI und CuBr Additiven eliminiert. Um die Anwesenheit dieser einwertigen Kationen in der CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskit - Filme zu bestätigen, führten wir eine XPS - Analyse aus, wie in Abbildung 4 dargestellt. Auf der Basis der XPS-Daten haben wir gezeigt, das Vorhandensein von Na und Ag-Ionen in den Perowskit-Filme, während die Konzentration von Cu nicht geschätzt werden kann, wahrscheinlich aufgrund der Nähe von Iodid (I 3P1 / 2) und Kupfer (Cu 2p1 / 2) Gipfel. Die Wirkung der einwertigen Kations Additive auf dem Absorptionsspektrum des Perowskit ist in 5a gezeigt, die durch PDS wurde gemessen.Es ist offensichtlich , dass der Zusatzstoff -basierte CH 3 NH 3 PbI 3 unteren Unter Bandgap Absorption hatte im Vergleich zu der ursprünglichen Probe. Weiterhin wurde ein Absorptions tail für Cu-basierte Proben beobachtet, die sich von der intrinsischen Absorption von Kupferhalogenid (5b) stammt. Obwohl die Absorptions tail das Vorhandensein von Cu - Kationen in den letzten Perowskit Filme bestätigt, ist es evident, basierend auf dem Vergleich zwischen den PDS von CuI-basierten PbI 2 und CH 3 NH 3 PbI 3, daß ihr Einbau nicht vollständig ist. Darüber hinaus wird die Urbach Energie (Eu), das ein Maß für den Grad der energetische Störung eines Materials ist, wurde geschätzt für unberührte, NaI-, CuBr-, CuI und AgI-basierten Perowskit, und die Werte sind 15,6, 11,8, 12,8, 13,5 und 15,2 meV, bzw. (Einschub in Abbildung 5a). Um den Einfluss der oben genannten Additive auf der elektr erkundenonic Struktur CH 3 NH 3 PbI 3, führten wir KPFM, wo die Kontaktpotentialdifferenz (CPD) der Linienprofile gemessen. Dies entspricht der Oberflächenarbeitsfunktion (Φ) des Perowskit in 6 gezeigt. Eine deutliche Verschiebung in der CPD (dh 0,1 V) von Additivbasis Perowskit im Vergleich zu der ursprünglichen man zeigt , dass der Perowskit - Fermi - Niveau in Richtung Valenzband verschoben. Diese Änderung des Fermi - Niveaus von Perowskit kann entweder auf Substitutions - p-Dotierung (zB der Ersatz von Pb 2+ mit einwertigen Kationen X +) zugeschrieben werden oder Oberflächenpassivierung an den kristallinen Oberflächen von Perowskit. Um den Effekt der Dotierung auf die Dichte der Ladungen und auf ihre Transporteigenschaften in CH 3 NH 3 PbI 3 untersuchen wir temperaturabhängigen Massentransportmessungen durchgeführt (Abbildung 7a </strOng&gt;). Wir schätzten , dann den Großladungsträgerbeweglichkeit (μ SCL) auf der Grundlage der Raumladung begrenzt Strom (SCLC) des gesamten Elektron und Loch-nur unberührte und Additiv-basierende Perowskit - Geräte. Ein bemerkenswerter Anstieg in der Leitfähigkeit und in den beiden Elektronen- und Lochbeweglichkeiten wurden erreicht, insbesondere für die NaI und CuBr Proben im Vergleich zu ursprünglichen Perowskit (Tabelle 1). Es ist bemerkenswert , daß die Verbesserung der Ladungsträgerbeweglichkeit und der Leitfähigkeit mit der Verbesserung in der Kurzschlussstrom (J sc) konsistent sind und Faktor (FF) der hergestellten Solarzellen in 7b gezeigt , zu füllen. Außerdem schätzten wir die Aktivierungsenergie für den Ladungstransport (E A) sowohl für das Elektron und Loch temperaturabhängigen Massentransportmessungen mit, in denen eine klare Abnahme für Additivbasis Perowskit erzielt wurde. Diese Verbesserung ist auf die höhere Dichte der Ladungsträger zurückzuführen, weil der Dotierung und Füllen the Transportfallen, die in der Transportbarriere in einem deutlichen Rückgang resultiert. Wir hergestellt Perowskit - Solarzellen auf der Basis der oben erwähnten einwertigen Kations Halogeniden, den korrespondierenden JV Kurven und den photovoltaischen Parameter , die 1 in 8a und Tabelle zusammengefasst. Eine signifikante Verbesserung der Leerlaufspannung wurde für beide CuI (0,99 V) und AgI- (1,02 V) Solarzellen aufgrund der idealen Oberflächenabdeckung (2c und 2e) erreicht. Weiterhin wurde ein bemerkenswerter Anstieg in der Kurzschlussstrom (≈2 mA cm -2) für CuBr- und NaI basierten Solarzellen erreicht, die zur vollständigen Umwandlung von PbI 2 in CH 3 NH 3 PbI 3 zugeschrieben werden kann. Diese Verbesserung wurde durch das einfallende Photon-zu-Strom - Umwandlungswirkungsgrad (IPCE) Spektren in Abbildung 8b bestätigt. Schließlich höhere Leistungsumwandlungseffizienz (PCE) Niveaus von 15,2%, 15,6% und 15,3% wurden für NaI- erreicht, CuBr- und Cul-basierte Geräte, die jeweils zu vergleichen, um die 14,0% Wert für die unberührte Perowskit-Solarzelle. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> Abbildung 1: mesoskopischen Perowskit Solarzellenarchitektur. REM - Querschnittsmikroskopische Aufnahme eines kompletten Gerätes mit der folgenden Struktur: FTO / compact-TiO 2 / mesoporösen TiO 2 / CH 3 NH 3 PbI 3 / Spiro-OMeTAD / Au. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> Abbildung 2: Morphologische Analyse von Bleiiodid und Perovskit - Strukturen. Top-View - REM - Aufnahmen von PbI 2 (linke Seite) und CH 3 NH 3 PbI 3 (rechte Seite) Strukturen: (a) ursprünglich, ( <st<html> Rong&gt; b) CuBr-, (c) CuI, (d) NaI- und (e) AgI basierenden Perowskit auf einem mesoporösen TiO 2 -beschichteten Proben abgeschieden FTO. Diese Zahl wurde von Referenz 18 wiedergegeben. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> Figur 3: Wirkung des einwertigen Kations Halogenidzusätzen auf Perowskit Kristallinität. Röntgenbeugungsspektren von unberührten und Additivbasis CH 3 NH 3 PbI 3 Perowskit daß gezüchtet auf mesoporösen TiO 2 -Films, der auf dem FTO-beschichtetes Glas aufgebracht wird. Diese Zahl wurde von Referenz 18 wiedergegeben.t = &quot;_ blank&quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> Abbildung 4: Trace von einwertigen Kationen in der CH 3 NH 3 PbI 3 Perowskitstruktur. XPS-Analyse von unberührten, CuBr-, CuI, NaI- und AgI-basierende Perowskit-Filme. Diese Zahl wurde von Referenz 18 wiedergegeben. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> Abbildung 5: Optische Eigenschaften von Perowskit - Filme. (A) Die Absorptionsspektren von Perowskit - Filme , die von unberührten und Additivbasis Bleiquellen gemessen , um die PDS - Technik. DasEinschub zeigt die entsprechenden Urbach Energien für alle Proben. Die Fehlerbalken wird von der SD definiert die Urbach-Schwanzes in passen. (B) Vergleich der PDS - Absorptionsspektren von unberührten und CuBr-basierten Bleijodid und Perowskit - Filme sowie CuBr abgeschieden auf ms-TiO 2 und CuBr-only - Filme. Diese Zahl wurde von Referenz 18 wiedergegeben. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> Abbildung 6: Wirkung des einwertigen Kations Additiven auf das Oberflächenpotential des Perowskit - Filme. CPD-Profile von unberührten und Additivbasis aufgezeichnet Perowskit-Filme mit KPFM. Die AFM-Topographiebild ist auf der Oberseite gezeigt. Diese Zahl wurde von Referenz reproduziert 18<html> . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> Abbildung 7: Ladungstransporteigenschaften von Perowskit - Filme. (A) JV Eigenschaften von Loch nur Geräte (ITO / PEDOT: PSS / Perowskit / Au), verwendet für das SCLC Lochmobilität zu schätzen. Man beachte, dass die Stromdichte (J) mit der Dicke der Perowskit-Schichten skaliert wird. (B) Die Trends in der J sc, &amp; mgr; h und μ e für unberührte und Additiv-basierende Perowskit. Diese Zahl wurde von Referenz 18 wiedergegeben. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> t &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Abbildung 8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> Abbildung 8: Photovoltaik - Leistungsmerkmale. (A) Strom-Spannungs - Eigenschaften von Vorrichtungen unter einer Beleuchtung von 100 mW / cm 2 erhalten , verschiedene Arten von einwertigen Kations Halogenide Verwendung zur Bleiquelle Lösung gegeben. (B) einfallende Photon-Strom - Effizienz (IPCE) Spektren in Abhängigkeit von der Wellenlänge des monochromatischen Licht für den unberührten, CuBr-, CuI, NaI- und AgI-basierende Perowskit - Solarzellen. Diese Zahl wurde von Referenz 18 wiedergegeben. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Art der Probe </td><td>J SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> μ e </td><td> μ h </td><td> E A E </td><td> E A h </td></tr><tr><td></td><td> (mA cm -2) </td><td> (V) </td><td></td><td> (%) </td><td> (cm 2 / Vs) </td><td> (cm 2 / Vs) </td><td> (meV) </td><td> (meV) </td></tr><tr><td> ursprünglich </td><td> 21,03 </td><td> 0,95 </td><td> 0,70 </td><td> 14,01 </td><td> 0,02 </td><td> 0,008 </td><td> 135 </td><td> 198 </td></tr><tr><td> CuBr </td><td> 22.92 </td><td> 0,95 </td><td> 0,72 </td><td> 15.61 </td><td> 0,05 </td><td&gt; 0,04 </td><td> 88 </td><td> 132 </td></tr><tr><td> CuI </td><td> 21.81 </td><td> 0,99 </td><td> 0,71 </td><td> 15,25 </td><td> 0,02 </td><td> 0,036 </td><td> 94 </td><td> 157 </td></tr><tr><td> Nal </td><td> 22,97 </td><td> 0,9 </td><td> 0,73 </td><td> 15,14 </td><td> 0,04 </td><td> 0,07 </td><td> 77 </td><td> 137 </td></tr><tr><td> AgI </td><td> 19.24 </td><td> 1.02 </td><td> 0,72 </td><td> 14.18 </td><td> 0,005 </td><td> 0,006 </td><td> 105 </td><td> 177 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1: Photovoltaik und Ladungstransportparameter von PSC. Zusammenfassung der Photovoltaik-Parameter abgeleitet von JV Messungen und Ladung Mobilitäten, zusammen mit der Aktivierungsenergie für den unberührten und Additiv-basierende Perowskit-Solarzellen, die die beste Leistung zeigen und wurden fabricated des zweistufigen Abscheidungsverfahren verwendet wird. Es ist bemerkenswert, dass die Statistiken der Photovoltaik-Parameter den gleichen Trend wie die leistungsstärksten Geräte folgen. Diese Tabelle wurde von Referenz 18 wiedergegeben.

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Hier stellen wir ein Protokoll , um die Eigenschaften der Lösung prozessierte CH 3 NH 3 PbI 3 durch den Einbau von einwertigen Kations Zusatzstoffe einzustellen , um hocheffiziente Perowskit Solarzellen zu erzielen.

Einwertiges Kation Dotierung von CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PbI<sub&gt; 3</sub&gt; Für effiziente Perowskit-Solarzellen

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

monovalent-cation-doping-ch3nh3pbi3-for-efficient-perovskite-solar

Research

JoVE Journal

Engineering

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

16.5K Aufrufe.  University of Cambridge.  Hier stellen wir ein Protokoll , um die Eigenschaften der Lösung prozessierte CH 3 NH 3 PbI 3 durch den Einbau von einwertigen Kations Zusatzstoffe einzustellen , um hocheffiziente Perowskit Solarzellen zu erzielen. 

Serie: Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

Die Herstellung von Voll Lösung verarbeitet Anorganische Nanokristalline Photovoltaik-Anlagen

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Forschung

Ingenieurwesen

Influence of Hybrid Perovskite Fabrication Methods on Film Formation, Electronic Structure, and Solar Cell Performance

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to achieve device efficiencies exceeding other thin film device technologies. Yet, large variations in device efficiency and basic physical properties are reported. This is due to unintentional variations during film processing, which have not been sufficiently investigated so far. We therefore conducted an extensive study of the morphology and electronic structure of a large number of CH3NH3PbI3 perovskite where we show how the preparation method as well as the mixing ratio of educts methylammonium iodide and lead(II) iodide impact properties like film formation, crystal structure, density of states, energy levels, and ultimately the solar cell performance.

We present an extensive study on the effects of different fabrication methods for organic/inorganic perovskite thin films by comparing crystal structures, density of states, energy levels, and ultimately the solar cell performance.

Einfluss von Hybrid Perowskit-Herstellungsverfahren auf Filmbildung, Elektronische Struktur und Leistung der Solarzelle

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to ...

Chemie

Low Pressure Vapor-assisted Solution Process for Tunable Band Gap Pinhole-free Methylammonium Lead Halide Perovskite Films

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, we present a protocol for the fabrication of this material via the low-pressure vapor assisted solution process (LP-VASP) method, which yields ~19% power conversion efficiency in planar heterojunction perovskite solar cells. First, we report the synthesis of methylammonium iodide (CH3NH3I) and methylammonium bromide (CH3NH3Br) from methylamine and the corresponding halide acid (HI or HBr). Then, we describe the fabrication of pinhole-free, continuous methylammonium-lead halide perovskite (CH3NH3PbX3 with X = I, Br, Cl and their mixture) films with the LP-VASP. This process is based on two steps: i) spin-coating of a homogenous layer of lead halide precursor onto a substrate, and ii) conversion of this layer to CH3NH3PbI3-xBrx by exposing the substrate to vapors of a mixture of CH3NH3I and CH3NH3Br at reduced pressure and 120 &#176;C. Through slow diffusion of the methylammonium halide vapor into the lead halide precursor, we achieve slow and controlled growth of a continuous, pinhole-free perovskite film. The LP-VASP allows synthetic access to the full halide composition space in CH3NH3PbI3-xBrx with 0&#160;&#8804; x&#160;&#8804; 3. Depending on the composition of the vapor phase, the bandgap can be tuned between 1.6 eV&#160;&#8804; Eg&#160;&#8804; 2.3 eV. In addition, by varying the composition of the halide precursor and of the vapor phase, we can also obtain CH3NH3PbI3-xClx. Films obtained from the LP-VASP are reproducible, phase pure as confirmed by X-ray diffraction measurements, and show high photoluminescence quantum yield. The process does not require the use of a glovebox.

Here, we present a protocol for the synthesis of CH3NH3I and CH3NH3Br precursors and the subsequent formation of pinhole-free, continuous CH3NH3PbI3-xBrx thin films for the application in high efficiency solar cells and other optoelectronic devices.

Dampf-gestützte Lösung Niederdruckverfahren für durchstimmbare Band Gap Pinhole-frei Methylammonium Blei Halogenid Perowskit Filme

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials such as organo-lead halide perovskites is presented. The perovskite film thickness and absorption coefficient are initially characterized by profilometry and UV-VIS absorption spectroscopy. Calibration of both laser power and cavity sensitivity is described in detail. A protocol for performing Flash-photolysis Time Resolved Microwave Conductivity (TRMC) experiments, a non-contact method of determining the conductivity of a material, is presented. A process for identifying the real and imaginary components of the complex conductivity by performing TRMC as a function of microwave frequency is given. Charge carrier dynamics are determined under different excitation regimes (including both power and wavelength). Techniques for distinguishing between direct and trap-mediated decay processes are presented and discussed. Results are modelled and interpreted with reference to a general kinetic model of photoinduced charge carriers in a semiconductor. The techniques described are applicable to a wide range of optoelectronic materials, including organic and inorganic photovoltaic materials, nanoparticles, and conducting/semiconducting thin films.

A Time Resolved Microwave Conductivity technique for investigating direct and trap-mediated recombination dynamics and determining carrier mobilities of thin film semiconductors is presented here.

Rekombinationsdynamik in Dünnschicht-Photovoltaik-Materialien über zeitaufgelöste Mikrowellenleitfähigkeit

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

Flash Infrared Annealing for Perovskite Solar Cell Processing

Organic&#8211;inorganic perovskites have an impressive potential for the design of next generation solar cells and are currently considered for upscaling and commercialization. Currently, perovskite solar cells rely on spin-coating which is neither practical for large areas nor environmentally friendly. Indeed, one of the conventional and most effective lab-scale methods to induce perovskite crystallization, the antisolvent method, requires an amount of toxic solvent that is difficult to apply on larger surfaces. To solve this problem, an antisolvent-free and rapid thermal annealing process called flash infrared annealing (FIRA) can be used to produce highly crystalline perovskite films. The FIRA oven is composed of an array of near-infrared halogen lamps with an illumination power of 3,000 kW/m2. A hollow aluminum body enables an effective water-cooling system. The FIRA method allows the synthesis of perovskite films in less than 2 s, achieving efficiencies &#62;20%. FIRA has a unique potential for the industry because it can be adapted to continuous processing, is antisolvent-free, and does not require lengthy, hour-long annealing steps.

We describe a flash infrared annealing method used for the synthesis of perovskite and mesoscopic-TiO2 films. Annealing parameters are varied and optimized for processing on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass and indium tin oxide-coated polyethylene terephthalate (ITO PET), subsequently giving devices power conversion efficiencies &#62;20%.

Flash Infrarot Glühen für Perovskite Solar Cell Processing

Organic&#8211;inorganic perovskites have an impressive potential for the design of next generation solar cells and are currently considered for upscaling ...

Umwelt

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical properties. Recently, we demonstrated its potential as next-generation solar cells by achieving a high photovoltaic efficiency of &#62; 6% in Sb2S3-sensitized solar cells using a simple thiourea (TU)-based complex solution method. Here, we describe the key experimental procedures for the deposition of Sb2S3 on a mesoporous TiO2 (mp-TiO2) layer using a SbCl3-TU complex solution in the fabrication of solar cells. First, the SbCl3-TU solution is synthesized by dissolving SbCl3 and TU in N,N-dimethylformamide at different molar ratios of SbCl3:TU. Then, the solution is deposited on as-prepared substrates consisting of mp-TiO2/TiO2-blocking layer/F-doped SnO2 glass by spin coating. Finally, to form crystalline Sb2S3, the samples are annealed in an N2-filled glove box at 300 &#176;C. The effects of the experimental parameters on the photovoltaic device performance are also discussed.

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

This work provides a detailed experimental procedure for the deposition of Sb2S3 on a mesoporous TiO2 layer using a SbCl3-thiourea complex solution for applications in Sb2S3-sensitized solar cells. This article also determines key factors governing the deposition process.

Wichtige Faktoren, die die Leistung von Sb-2S-3-sensibilisiert Solarzellen während einer Sb2S3 Abscheidung über SbCl3-Thioharnstoff komplexe Lösung-Verarbeitung

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light emitting diodes (LEDs) and photovoltaics (PVs). Among this material group, inorganic/organic perovskites have demonstrated significant improvement and potential towards high-efficiency, low-cost PV fabrication due to their high charge carrier mobilities and lifetimes. Despite the opportunities for perovskite QDs in large-scale PV and LED applications, the lack of fundamental and comprehensive understanding of their growth pathways has inhibited their adaptation within continuous nanomanufacturing strategies. Traditional flask-based screening approaches are generally expensive, labor-intensive, and imprecise for effectively characterizing the broad parameter space and synthesis variety relevant to colloidal QD reactions. In this work, a fully autonomous microfluidic platform is developed to systematically study the large parameter space associated with the colloidal synthesis of nanocrystals in a continuous flow format. Through the application of a novel translating three-port flow cell and modular reactor extension units, the system may rapidly collect fluorescence and absorption spectra across reactor lengths ranging 3 - 196 cm. The adjustable reactor length not only decouples the residence time from the velocity-dependent mass transfer, it also substantially improves the sampling rates and chemical consumption due to the characterization of 40 unique spectra within a single equilibrated system. Sample rates may reach up to 30,000 unique spectra per day, and the conditions cover 4 orders of magnitude in residence times ranging 100 ms - 17 min. Further applications of this system would substantially improve the rate and precision of the material discovery and screening in future studies. Detailed within this report are the system materials and assembly protocols with a general description of the automated sampling software and offline data processing.

Detailed herein are the operation and assembly protocols of a modular microfluidic screening platform for the systematic characterization of colloidal semiconductor nanocrystal syntheses. Through fully adjustable system arrangements, highly efficient spectra collection may be carried out across 4 orders of magnitude reaction time scales within a mass transfer-controlled sampling space.

Eine modulare mikrofluidische Technologie für systematische Studien von kolloidalen Halbleiter-Nanokristallen

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. However, poor surface morphologies and relatively high bandgap energies have limited their potential. Silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) is a promising semiconductor for optoelectronic devices. Therefore, we demonstrate the fabrication of Ag-Bi-I ternary thin films using material solution processing. The resulting thin films exhibit controlled surface morphologies and optical bandgaps according to their thermal annealing temperatures. In addition, it has been reported that Ag-Bi-I ternary systems crystallize to AgBi2I7, Ag2BiI5, etc. according to the ratio of the precursor chemicals. The solution-processed AgBi2I7 thin films exhibit a cubic-phase crystal structure, dense, pinhole-free surface morphologies with grains ranging in size from 200 to 800 nm, and an indirect bandgap of 1.87 eV. The resultant AgBi2I7 thin films show good air stability and energy band diagrams, as well as surface morphologies and optical bandgaps suitable for lead-free and air-stable single-junction solar cells. Very recently, a solar cell with 4.3% power conversion efficiency was obtained by optimizing the Ag-Bi-I crystal compositions and solar cell device architectures.

Herein, we present detailed protocols for solution-processed silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) ternary semiconductor thin films fabricated on TiO2-coated transparent electrodes and their potential application as air-stable and lead-free optoelectronic devices.

Lösung verarbeitet "Silber-Wismut-Jod" ternäre Dünnschichten für bleifrei-Photovoltaik-Absorber

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are demonstrated. The ink synthesis is based on a simple wet chemical reaction and the inkjet printing protocol is a facile step by step method. The inkjet printed thin films have been characterized by X-ray diffraction, optical absorption spectroscopy, photoluminescent spectroscopy, and electronic transport measurements. X-ray diffraction of the printed quantum dot films indicates a crystal structure consistent with an orthorhombic room temperature phase with (001) orientation. In conjunction with other characterization methods, the X-ray diffraction&#160;measurements show high quality films can be obtained through the inkjet printing method.

A protocol for synthesizing inorganic-lead-halide hybrid perovskite quantum dot inks for inkjet printing and the protocol for preparing and printing the quantum dot inks in an inkjet printer with post characterization techniques are presented.

Inkjet-drucken alle anorganischen Halogenid-Perowskit-Tinten für photovoltaische Anwendungen

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...

Facile Synthesis of Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets via Ligand-Assisted Reprecipitation

In this work, we demonstrate a facile method for colloidal lead halide perovskite nanoplatelet synthesis (Chemical formula: L2[ABX3]n-1BX4, L: butylammonium and octylammonium, A: methylammonium or formamidinium, B: lead, X: bromide and iodide, n: number of [BX6]4- octahedral layers in the direction of nanoplatelet thickness) via ligand-assisted reprecipitation. Individual perovskite precursor solutions are prepared by dissolving each nanoplatelet constituent salt in N,N-dimethylformamide (DMF), which is a polar organic solvent, and then mixing in specific ratios for targeted nanoplatelet thickness and composition. Once the mixed precursor solution is dropped into nonpolar toluene, the abrupt change in the solubility induces the instantaneous crystallization of nanoplatelets with surface-bound alkylammonium halide ligands providing colloidal stability. Photoluminescence and absorption spectra reveal emissive and strongly quantum-confined features. X-ray diffraction and transmission electron microscopy confirm the two-dimensional structure of the nanoplatelets. Furthermore, we demonstrate that the band gap of perovskite nanoplatelets can be continuously tuned in the visible range by varying the stoichiometry of the halide ion(s). Lastly, we demonstrate the flexibility of the ligand-assisted reprecipitation method by introducing multiple species as surface-capping ligands. This methodology represents a simple procedure for preparing dispersions of emissive 2D colloidal semiconductors.

This work demonstrates facile room-temperature synthesis of colloidal quantum-confined lead halide perovskite nanoplatelets by ligand-assisted reprecipitation method. Synthesized nanoplatelets show spectrally narrow optical features and continuous spectral tunability throughout the visible range by varying the composition and thicknesses.

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