M. Abdi-Jalebi gracias Nava Technology Limited para una beca de doctorado. MI Dar y M.Grätzel agradecen al Rey Abdulaziz Ciudad de la Ciencia y la Tecnología (KACST) y la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza (FNS) de apoyo financiero. Los autores desean agradecer al Dr. Pierre Mettraux en el híbrido molecular y caracterización de materiales Center, EPFL para llevar a cabo las mediciones XPS. A.Sadhanala agradece el apoyo financiero del proyecto indo-Reino Unido APEX. SP Senanayak reconoce la Real Sociedad de Londres para la beca de Newton. RH amigo, M. Abdi-Jalebi, y A. Sadhanala desean reconocer el apoyo de la EPSRC.

1. Síntesis y deposición de CH prístina y basada en el Aditivo 3 NH3 PBI 3 NOTA: Todas las soluciones se prepararon en el interior de una caja de guantes de argón en condiciones de humedad ya controlado de oxígeno (H2O nivel: &lt;1 ppm y O2 nivel: &lt;10 ppm). <ol><li> Disolver 553 mg (1,2 M) de PBI 2 en 1 ml de N, N-dimetilformamida (DMF) bajo agitación constante a 80 ° C. </li><li> Añadir 0,02 M de haluros de catión monovalente a la solución de PBI 2. </li><li> Spin-capa de la solución transparente de color amarillo resultante sobre el sustrato (por ejemplo, mesoporosa-TiO2) durante 30 s a 6.500 rpm con una rampa de 4.000 rpm. </li><li> Hornear las películas sobre una placa caliente a 80 ° C durante 30 minutos. </li><li> Disolver 40 mg de yoduro de metilamonio (MAI) en 5 ml de isopropanol. </li><li> Spin-capa una cantidad suficiente de solución de MAI en las películas de yoduro de plomo resultantes utilizando un protoc de dos pasosol que incluye 45 s de tiempo de carga seguido por 20 s de hacer girar a 4.000 rpm. </li><li> Recocido de las películas de perovskita mediante revestimiento por centrifugación sobre una placa caliente a 100 ° C durante 45 min. </li></ol> 2. La fabricación de la célula solar <ol><li> preparación del sustrato <ol><li> Patrón de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) de vidrio recubierta. <ol><li> Cubrir el área activa del vidrio FTO con cinta adhesiva semitransparente. </li><li> Verter el polvo de zinc (Zn) en las zonas no cubiertas de los sustratos FTO. </li><li> Preparar 2 M de ácido clorhídrico (HCl) en agua destilada. </li><li> Verter la solución de HCl en la parte del vidrio FTO que se cubre con polvo de Zn. </li><li> Lavar el FTO con agua y retire la cinta. </li></ol></li><li> Limpieza de los sustratos <ol><li> Lavar el vidrio FTO usando 2% (w / v) de detergente. </li><li> Sonicar los sustratos FTO grabadas en acetona e isopropanol (IPA) durante 10 minutos. </li><li> El tratamiento de los sustratos con una FTO ULTRAViolet / O 3 limpiador para 15 min. </li></ol></li></ol></li><li> La deposición de una capa de bloqueo de huecos <ol><li> Añadir 0,6 ml de bis diisopropóxido de titanio (acetilacetonato) (TAA) en 7 ml de IPA. </li><li> Poner los sustratos FTO limpiados y estampadas en una placa caliente a 450 ° C y para abarcar el área de contacto antes del calentamiento. </li><li> Pulverizar la solución de pirólisis TAA en el área descubierta usando O 2 como gas portador. </li><li> Deja las muestras a 450 ° C durante 30 min. </li></ol></li><li> La deposición de una capa de transporte de electrones <ol><li> Diluir la pasta de TiO2 comercial (tamaño de partícula de 30 nm) con etanol (2: 7, relación de peso). </li><li> Homogeneizar la dilución TiO 2 por sonicación durante 30 min. </li><li> Spin-capa de óxido de titanio en la dilución de las muestras preparadas con el compactas capas de TiO2 durante 30 s a 5.000 rpm con una rampa de 2.000 rpm. </li><li> Recocido de las películas de óxido de titanio a 500 ° C durante 30min. </li><li> Tratar a los resultantes mesoporosos de TiO2 películas en una solución 40 mM de TiCl4 en agua destilada a 70 ° C durante 20 minutos. </li><li> Recocer el TiCl 4 películas tratadas a 450 ° C durante 30 min. </li></ol></li><li> La deposición de la capa de perovskita NOTA: Los sustratos FTO con capas de óxido de titanio se transfirieron a una caja de aire seco con una humedad de &lt;1% para el resto del proceso de fabricación. <ol><li> Spin-capa las soluciones preparadas yoduro de plomo (con y sin agentes de dopado) sobre el TiO mesoporoso 2 durante 30 s a 6500 rpm con una rampa de 4000 rpm. </li><li> Hornear las películas sobre una placa caliente a 80 ° C durante 30 minutos. </li><li> Spin-capa una cantidad suficiente de solución de MAI en las películas de yoduro de plomo resultantes utilizando un protocolo de dos pasos que incluye 45 s de tiempo de carga seguido de girar durante 20 s a 4000 rpm con una rampa de 2000 rpm. </li><li> Recocido de las películas de perovskita mediante revestimiento por centrifugación sobre un hotplaTE a 100 ° C durante 45 min. </li></ol></li><li> La deposición de la capa de transporte de huecos <ol><li> Añadir 72,3 mg de espiro-OMeTAD a 1 ml de clorobenceno y agitar hasta que la solución se vuelve transparente. </li><li> Hacer una solución madre de bis (trifluorometilsulfonil) imida (LiTFSI) mediante la adición de 520 mg de LiTFSI en acetonitrilo. </li><li> Añadir 17,5 l de la solución madre de LiTFSI y 28,8 l de 4- terc -butylpyridine (TBP) a la solución de espiro-OMeTAD. </li><li> Spin-capa de la solución anterior durante 30 s a 4.000 rpm con una rampa de 2.000 rpm. </li></ol></li><li> Evaporación térmica del contacto superior <ol><li> Enmascarar las muestras y ponerlas en la cámara de vacío del evaporador. </li><li> Evaporar 80 nm de oro a una velocidad de 0,01 nm / s. </li></ol></li></ol>

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	<li>Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., Sinke, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photovoltaic+materials+-+present+efficiencies+and+future+challenges.">Photovoltaic materials - present efficiencies and future challenges.</a> Science. 352, 307 (2016).</li><li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emergence+of+perovskite+solar+cells.">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nat. Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).</li><li>Stranks, S. D., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-halide+perovskites+for+photovoltaic+and+light-emitting+devices.">Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices.</a> Nat. Nanotechnol. 10 (5), 391-402 (2015).</li><li>Snaith, H. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perovskites:+The+Emergence+of+a+New+Era+for+Low-Cost,+High-Efficiency+Solar+Cells.">Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 4 (21), 3623-3630 (2013).</li><li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells.">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li><li>Kim, H. S., 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=Lead+iodide+perovskite+sensitized+all-solid-state+submicron+thin+film+mesoscopic+solar+cell+with+efficiency+exceeding+9%.">Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%.</a> Sci. rep. 2, 591 (2012).</li><li>Jeon, N. J., 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=Compositional+engineering+of+perovskite+materials+for+high-performance+solar+cells.">Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells.</a> Nature. 517 (7535), 476-480 (2014).</li><li>Li, X., 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=A+vacuum+flash-assisted+solution+process+for+high-efficiency+large-area+perovskite+solar+cells.">A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells.</a> Science. 353 (6294), 58-62 (2016).</li><li>Manser, J. S., Kamat, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band+filling+with+free+charge+carriers+in+organometal+halide+perovskites.">Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites.</a> Nat. Photonics. 8 (9), 737-743 (2014).</li><li>Xing, G., 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=Long-Range+Balanced+Electron-+and+Hole-Transport+Lengths+in+Organic-Inorganic+CH3NH3PbI3.">Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3.</a> Science. 342 (6156), 344-347 (2013).</li><li>Stranks, S. D., 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=Electron-Hole+Diffusion+Lengths+Exceeding+1+Micrometer+in+an+Organometal+Trihalide+Perovskite+Absorber.">Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber.</a> Science. 342 (6156), 341-344 (2013).</li><li>Pazos-Outon, L. 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=Photon+recycling+in+lead+iodide+perovskite+solar+cells.">Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells.</a> Science. 351 (6280), 1430-1433 (2016).</li><li>Saliba, 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=Cesium-containing+Triple+Cation+Perovskite+Solar+Cells:+Improved+Stability,+Reproducibility+and+High+Efficiency.">Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency.</a> Energy Environ. Sci. 9 (6), (2016).</li><li>Pellet, N., 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=Mixed-organic-cation+perovskite+photovoltaics+for+enhanced+solar-light+harvesting.">Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting.</a> Angew. Chemie - Int. Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).</li><li>Hao, F., Stoumpos, C. C., Chang, R. P. H., Kanatzidis, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalous+band+gap+behavior+in+mixed+Sn+and+Pb+perovskites+enables+broadening+of+absorption+spectrum+in+solar+cells.">Anomalous band gap behavior in mixed Sn and Pb perovskites enables broadening of absorption spectrum in solar cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (22), 8094-8099 (2014).</li><li>Dar, M. I., Abdi-Jalebi, M., Arora, N., Gr&#228;tzel, M., Nazeeruddin, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+Engineering+of+CH+3+NH+3+PbI+3+Structures+for+High-Efficiency+Solar+Cells.">Growth Engineering of CH 3 NH 3 PbI 3 Structures for High-Efficiency Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 6 (2), 1501358 (2016).</li><li>Ibrahim Dar, 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=Understanding+the+Impact+of+Bromide+on+the+Photovoltaic+Performance+of+CH3+NH3+PbI3+Solar+Cells.">Understanding the Impact of Bromide on the Photovoltaic Performance of CH3 NH3 PbI3 Solar Cells.</a> Adv. Mater. 27 (44), 7221-7228 (2015).</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+Monovalent+Cation+Halide+Additives+on+the+Structural+and+Optoelectronic+Properties+of+CH+3+NH+3+PbI+3+Perovskite.">Impact of Monovalent Cation Halide Additives on the Structural and Optoelectronic Properties of CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite.</a> Adv. Energy Mater. 6 (10), 1502472 (2016).</li><li>Yin, W. J., Shi, T., Yan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+defect+physics+in+CH3NH3PbI3+perovskite+solar+cell+absorber.">Unusual defect physics in CH3NH3PbI3 perovskite solar cell absorber.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (6), 063903/1-063903/4 (2014).</li><li>Agiorgousis, M. L., Sun, Y. Y., Zeng, H., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+Covalency-Induced+Recombination+Centers+in+Perovskite+Solar+Cell+Material+CH+3+NH+3+PbI+3.">Strong Covalency-Induced Recombination Centers in Perovskite Solar Cell Material CH 3 NH 3 PbI 3.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (41), 14570-14575 (2014).</li><li>Andaji Garmaroudi, Z., Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+facile+low+temperature+route+to+deposit+TiO2+scattering+layer+for+efficient+dye-sensitized+solar+cells.">A facile low temperature route to deposit TiO2 scattering layer for efficient dye-sensitized solar cells.</a> RSC Adv. 6 (75), (2016).</li><li>Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R., Fray, D. 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.

Una arquitectura típica de células solares de perovskita mesoscópicos se utilizó en este trabajo, donde una serie de materiales se recubrió por rotación entre un substrato conductor y un contacto de metal evaporado térmicamente (Figura 1). Los mesoporosos TiO 2 capas fueron tratados con TiCl 4, que se informó para pasivar las trampas de la superficie y para mejorar la interfaz entre la capa de transporte de electrones y el material absorbente 21, 22. Después, la capa de perovskita se depositó usando una técnica de deposición en dos etapas secuenciales. La conversión total de haluro de plomo en perovskita en el segundo paso es esencial para lograr el más alto de absorción de luz 16, 17, y nos mostró que los aditivos de haluro de cationes monovalentes (por ejemplo, NaI y CuBr) dan como resultado una conversión completa. Además, la cobertura completa de la capa de óxido de titanio mesoporoso won la perovskita sobre-capa es vital para eliminar el potencial de recombinación entre la capa de transporte de huecos (por ejemplo, Spiro OMETAD) y la capa de transporte de electrones (por ejemplo, mesoporoso TiO 2) 23. Nos ilustra que la adición de los haluros de cationes monovalentes (por ejemplo, CuI y AgI) puede mejorar la cobertura de la superficie de la capa de perovskita tapado, que conduce a una tensión de circuito abierto más alta para el dispositivo. La principal ventaja de este método es el paso de dopaje, donde incorporamos cationes monovalentes en la estructura CH 3 NH 3 PBI 3 para mejorar la densidad de cargas, el transporte de carga, y la conductividad de la capa de absorbedor. Como se ha indicado en el apartado anterior, los dopantes antes mencionados mejora de forma significativa tanto el electrón y las movilidades de los orificios. Además, una notable disminución en la energía de activación de transporte de carga, así como en el trastorno energética de los perovskipelícula te, se logró mediante el dopaje catión monovalente. En este trabajo, hemos demostrado un método para dopar CH 3 NH 3 3 PBI como una capa absorbente en el mesoscopic perovskita estructura de célula solar. Haluros de catión monovalente se utilizan para ajustar las propiedades morfológicas, ópticos, eléctricos y de CH 3 NH 3 PBI 3 película de perovskita con el fin de mejorar el rendimiento fotovoltaico. Por lo tanto, incorporamos tres cationes monovalentes diferentes (es decir, Na +, Cu +, y Ag +), que tienen radios iónicos similares a Pb 2+, en la fuente de plomo en el secuencial deposición en dos etapas de CH 3 NH 3 PBI 3 . Como resultado, una notable mejora en las propiedades estructurales y optoelectrónicos de CH 3 NH 3 PBI 3 se produjo en presencia de estos aditivos, que conduce a PCE más altos para las células solares fabricadas. Por lo tanto, nuestro trabajo highlights una manera fácil de dopaje el CH 3 NH 3 PBI 3 como una capa absorbente, que puede ser utilizado en todas las otras configuraciones de células solares de perovskita (por ejemplo, la arquitectura plana) con el fin de mejorar aún más la calidad electrónica de películas delgadas de perovskita. Los datos subyacentes este documento están disponibles en: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.

En la actualidad, la parte dominante de la demanda de energía del mundo (es decir, el 85%) está siendo suministrado por la combustión de petróleo, carbón y gas natural, lo que facilita el calentamiento global y tiene efectos nocivos sobre el medio ambiente 1. Por lo tanto, el desarrollo de fuentes de CO 2 -Diseño Neutro de energía es de interés primordial. La energía fotovoltaica (PV) es un proceso de conversión de energía ideal que puede cumplir con este requisito. Sin embargo, el costo y la eficiencia, ya que los principales obstáculos para la amplia adopción de la tecnología fotovoltaica, se debe mejorar. Las tecnologías emergentes fotovoltaicos basados ​​en nuevos materiales, como las células solares perovskita (PSC), tiene la combinación de un menor coste y una mayor eficiencia. Esto se logra mediante la utilización de materiales baratos que están fácilmente disponibles, así como a través rápido, fácil, y rutas de procesamiento de baja energía en comparación con sus homólogos basados en silicio 2, 3,4. Una mejora notable en la eficiencia de conversión de potencia (PCE), de 3,8% a más del 22%, se ha informado de híbridos perovskita de haluro de plomo orgánicos-inorgánicos, desde su primera aparición en la arquitectura PV 5, 6, 7, 8. Tal excelente rendimiento origina a partir de la fuerte absorción de la luz con una banda de punta muy afilada, el trastorno de muy baja energía, los excitones ligados débilmente que se disocian fácilmente en portadores libres con grandes longitudes de difusión, y la capacidad de reciclaje de fotones de híbrido orgánico-inorgánico El haluro de plomo perovskita 9, 10, 11, 12. Estos materiales se clasifican en la familia de la perovskita, que se cristalizó a partir de sales de haluro y de halogenuros metálicos orgánicos para formar cristales en el ABX 3 </sub&gt; Estructura, donde X es un anión y A y B son cationes de diferentes tamaños (A es mayor que B). cationes comunicadas para el sitio incluyen metilamonio (MA), formamidinium (FA), y el cesio (Cs); una combinación de estos cationes muestra el más alto 13 rendimiento, 14. Además, el candidato principal para el catión divalente en el sitio B es de plomo, que puede ser sustituido por el estaño; el intervalo de banda puede ser desplazada al rojo con éxito a más de 1.000 nm en un plomo-estaño mezclado perovskita 15. Del mismo modo, los ocupantes X-sitio se han estudiado extensamente, donde se introdujo una mezcla de yoduro de (I) y bromuro (Br) como los principales candidatos 16, 17. Por lo tanto, es muy plausible para manipular las propiedades estructurales, morfológicos, y optoelectrónicos de perovskitas mediante la alteración de su composición química. A pesar de que la cris mejoradacalidad lline y la uniformidad macroscópica de la película perovskita son parámetros fundamentales para crear dispositivos eficientes 18, el impacto de los límites entre los dominios policristalinos, el origen y la función de los defectos electrónicos en los absorbedores de perovskita, y el papel de las capas de recogida de forma gratuita bajo procesos de pérdida de las células solares de perovskita todavía no están bien comprendidos. En cuanto a la naturaleza de los defectos electrónicos en la estructura perovskita, se ha informado de que muchos de los defectos, tales como I o Pb vacantes, dar lugar a estados que están muy cerca o dentro del continuo de estados en las bandas de conducción y de valencia, que podría tener un impacto negativo en la electrónica de los dispositivos fotovoltaicos 19. Además, una fuerte interacción de unión covalente entre cationes y aniones de yoduro de plomo en el plano perovskita puede dar lugar a la existencia de defectos intrínsecos (por ejemplo, bajo-Pb coordinado dímeros y trímeros I), lo que podría creatsitios e dentro de la banda de borde que actúan como centros de recombinación de carga durante el funcionamiento del dispositivo 20. Aquí, investigamos el impacto de dopaje CH 3 NH 3 PBI 3 perovskita con haluros de catión monovalente, incluyendo Na +, Cu + y Ag +, iones de metales de menor valencia que Pb 2+. Por lo tanto, incorporamos estos cationes a través de la adición de una cantidad racional de sus sales basadas en haluro (por ejemplo, NaI, CuBr, CuI, y AgI) en la solución de perovskita precursor. Estos cationes tienen radios iónicos similares a Pb 2+, por lo que el dopaje de sustitución dentro del cristal es probable. Hemos demostrado que la presencia de estos cationes afecta fuertemente tanto la morfología y la cobertura de la capa de perovskita. Además, la presencia de estos cationes (por ejemplo, Na + y Ag +) ha sido confirmada por espectroscopia de rayos X de fotoelectrones (XPS), y una significativos llevadost cambio en el nivel de Fermi de perovskita se mide por la fuerza microscopio de sonda Kelvin (KPFM). Mediante la incorporación de estos cationes en las células solares de perovskita depositadas secuencialmente, hemos logrado una mejora en la eficiencia fotovoltaica del PSC (15,6% en comparación con el 14%). Por lo tanto, es muy esencial para mejorar las propiedades estructurales y optoelectrónicos de la capa absorbente (por ejemplo, perovskita) en la arquitectura de célula solar para maximizar el transporte de carga y para pasivar las trampas de superficie con el fin de alcanzar el más alto rendimiento de PV.

<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

Aquí, nos demuestran la incorporación de aditivos catión monovalente en CH 3 NH 3 PBI 3 perovskita con el fin de ajustar la óptica, excitónica y propiedades eléctricas. La posibilidad de dopaje se investigó mediante la adición de haluros de catión monovalente con radios iónicos similares a Pb 2+, incluyendo Cu +, Na +, y Ag +. Un cambio en el nivel de Fermi y una notable disminución de la absorción óptica sub-banda prohibida, junto con un trastorno de menor energía en la perovskita, se logró. se alcanzó una mejora de un orden de magnitud en la movilidad agujero mayor y una reducción significativa de la energía de activación de transporte dentro de un dispositivo de perovskita a base de aditivo. La confluencia de las propiedades mejoradas anteriormente mencionadas en la presencia de estos cationes condujo a una mejora en los parámetros fotovoltaicas de la célula solar de perovskita. Un aumento de 70 mV en el voltaje de circuito abierto para AgI y 2 mA / cm2 improvement en la densidad de fotocorriente para las células solares basadas en CuBr NaI- y se lograron en comparación con el dispositivo prístina. Nuestro trabajo abre el camino para nuevas mejoras en la calidad optoelectrónico de CH 3 NH 3 PBI 3 perovskita y dispositivos posteriores. Se destaca una nueva vía para las investigaciones sobre el papel de impurezas dopantes en la cristalización y controla la densidad de defectos electrónica en estructuras de perovskita.

Emisión de campo de microscopía electrónica de barrido (FESEM) se utilizó para grabar las dos imágenes de cortes transversales de las células solares fabricadas perovskita (Figura 1) y ver imágenes superiores de los PBI 2 y CH 3 NH 3 PBI 3 películas depositadas (Figura 2). Se emplearon de difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para caracterizar las propiedades estructurales de las películas de perovskita (Figuras 3 y 4). Espectroscopia fototérmica de desviación (PDS) y Kelvin microscopía de fuerza de la sonda (KPFM) fueron usados para investigar las propiedades ópticas y eléctricas de las películas de perovskita, respectivamente (Figuras 5 y 6). Además, las mediciones de transporte a granel dependientes de la temperatura sobre la base de corriente limitada carga espacial (SCLC) se realizó en los dispositivos de perovskita (Figura 7). Finalmente, un photovolta estándarmedición ic de los dispositivos fabricados se realizó (Figura 8 y en la Tabla 1). Basado en la vista superior imágenes de SEM de la PBI 2 y CH 3 NH 3 PBI 3 depositado sobre la mesoporoso TiO 2 capa (mp-TiO 2) que se muestra en la Figura 2, se ilustra el efecto de los aditivos sobre la morfología de perovskita donde grandes cristales en forma de rama de PBI-2 se lograron en la muestra basada en NaI. Esto condujo a la formación de cristales asimétricos más grandes de perovskita. Por otra parte, se obtuvo una capa uniforme y libre de perovskita estenopeica-nivelación para las muestras basadas en AgI y CuI- (figura 2c y 2e). Para investigar el efecto de los aditivos de haluro de cationes monovalentes en la estructura cristalina de CH 3 NH 3 PBI 3 y en la conversión de PBI 2 en CH 3 NH 3 PBIDifracción 3, de rayos X se llevó a cabo (Figura 3). Aunque la estructura cristalina de la perovskita último sigue siendo el mismo para todas las muestras, es evidente que el pico de difracción a 2θ = 12,6, que corresponde a los no convertidos PBI 2, fue eliminado en la presencia de aditivos NaI y CuBr. Con el fin de confirmar la presencia de estos cationes monovalentes dentro de la CH 3 NH 3 PBI 3 películas de perovskita, que lleva a cabo un análisis XPS, como se muestra en la Figura 4. Sobre la base de los datos de XPS, hemos demostrado la presencia de iones de Na y de Ag dentro de las películas de perovskita, mientras que la concentración de Cu no puede ser estimado, probablemente debido a la cercanía de yoduro de (I 3P1 / 2) y cobre (Cu 2P1 / 2) picos. El efecto de los aditivos cationes monovalentes en el espectro de absorción de la perovskita se muestra en la figura 5a, que se midió por PDS.Es evidente que el basado en aditivo CH 3 NH 3 PBI 3 tenía una menor absorción de sub-banda prohibida en comparación con la muestra prístina. Además, se observó una cola de absorción para las muestras a base de Cu, que se originó a partir de la absorción intrínseca de haluro de cobre (Figura 5b). Aunque la cola de absorción confirma la presencia de cationes de Cu en las películas finales de perovskita, es evidente, en base a la comparación entre los PDS de PBI 2 y CH 3 NH 3 PBI 3, que su incorporación no es completa basa-CuI. Además, la energía Urbach (UE), que es una medida del grado de trastorno energético de un material, se estimó para perovskita prístino, a base de AgI NaI-, CuBr-, CuI-, y, y los valores son 15,6, 11.8, 12.8, 13.5, y 15.2 meV, respectivamente (inserción de la figura 5a). Para investigar la influencia de los aditivos mencionados en la electrONIC estructura de CH 3 NH 3 PBI 3, se realizó KPFM, donde se mide la diferencia de potencial de contacto (CPD) de los perfiles de línea. Esto corresponde a la función de trabajo de superficie (Φ) de la perovskita se muestra en la Figura 6. Un claro cambio en el CPD (es decir, 0,1 V) de aditivo a base de perovskita en comparación con el uno prístino muestra que el nivel de Fermi perovskita se desplaza hacia la banda de valencia. Este cambio en el nivel de Fermi de perovskita se puede atribuir a cualquiera de sustitución p-dopado (por ejemplo, la sustitución de Pb 2+ con cationes monovalentes X +) o pasivación de la superficie en las superficies cristalinas de perovskita. Para investigar el efecto de dopaje de la densidad de los cargos y en sus propiedades de transporte en CH 3 NH 3 3 PBI, hemos realizado mediciones de transporte a granel dependientes de la temperatura (Figura 7a </strong&gt;). A continuación, calcula la movilidad de los graneleros (μ SCL) en base a la carga espacial corriente limitada (SCLC) del electrón completa y dispositivos basados en perovskita aditivo orificio de sólo prístino y. Se lograron un notable incremento en la conductividad y en ambos las movilidades de electrones y huecos, en particular para las muestras de NaI y CuBr en comparación con perovskita prístina (Tabla 1). Es notable que la mejora en la movilidad de carga y la conductividad son consistentes con la mejora en la corriente de cortocircuito (J sc) y factor de llenado (FF) de las células solares fabricadas se muestran en la Figura 7b. Por otra parte, se ha estimado la energía de activación para el transporte de carga (E A), tanto para el electrón y el agujero usando mediciones de transporte a granel dependientes de la temperatura, en donde se logró una clara disminución de la perovskita basados en aditivo. Esta mejora se atribuye a la mayor densidad de portadores a causa de dopaje y TH llenadotrampas de transporte de correo, lo que resulta en una disminución significativa de la barrera de transporte. Se han fabricado células solares perovskita basado en los haluros antes mencionados cationes monovalentes, las correspondientes curvas de riesgo compartido, y los parámetros fotovoltaicos que se resumen en la Figura 8a y en la Tabla 1. Una mejora significativa en el voltaje de circuito abierto se logró tanto para CuI- (0,99 V) y AgI- (1,02 V) células solares debido a la cobertura de la superficie ideal basado (figura 2c y 2e). Por otra parte, un notable incremento en la corriente de cortocircuito (≈2 mA cm -2) para CuBr- y las células solares basadas en NaI se alcanzó, que puede ser atribuido a la conversión completa de PBI 2 en CH 3 NH 3 PBI 3. Esta mejora se confirmó por los espectros incidente eficiencia de conversión de fotón a corriente (IPCE) se muestra en la Figura 8b. Finalmente, hla eficiencia de conversión de energía igher (PCE) niveles de 15.2%, 15.6%, y 15.3% fueron alcanzados por NaI-, CuBr- y dispositivos basados ​​en Cui, respectivamente, en comparación con el valor de 14,0% para la célula solar perovskita prístina. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> Figura 1: perovskita Mesoscópica arquitectura de la célula solar. Micrografía SEM de la sección transversal de un dispositivo completo con la siguiente estructura: FTO / compact-TiO2 / mesoporosa-TiO2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / Spiro-OMeTAD / Au. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> Figura 2: Análisis morfológico de yoduro de plomo y estructuras de perovskita. Top-view imágenes SEM de PBI 2 (lado izquierdo) y CH 3 NH 3 PBI 3 (lado derecho) estructuras: (a) prístina, ( <st<html> rong&gt; b) CuBr-, (c) CuI-, (d) NaI-, y (e) las muestras de perovskita basados en AgI depositados en una TiO 2 mesoporosa presenta el revestimiento FTO. Esta cifra se ha reproducido de la referencia 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> Figura 3: Efecto de los aditivos de haluro de cationes monovalentes en la cristalinidad de perovskita. Los espectros de difracción de rayos X de CH prístina y basada en el aditivo 3 NH 3 PBI 3 perovskita que se cultiva en la película mesoporosa TiO 2, que se deposita sobre el vidrio recubierta con FTO. Esta cifra se ha reproducido de la referencia 18.t = &quot;_ blank&quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> Figura 4: Rastro de cationes monovalentes en el CH 3 NH 3 3 PBI estructura de perovskita. El análisis XPS de películas vírgenes, perovskita basados ​​en AgI CuBr-, CuI-, NaI-, y. Esta cifra se ha reproducido de la referencia 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> Figura 5: Propiedades ópticas de películas de perovskita. (A) Los espectros de absorción de películas de perovskita derivados de fuentes de plomo vírgenes y basadas en aditivos midió usando la técnica de PDS. losrecuadro muestra las correspondientes energías Urbach para todas las muestras. La barra de error se define por la SD en la adaptación de la cola Urbach. (B) Comparación de los espectros de absorción de películas PDS vírgenes y yoduro de plomo a base de CuBr y perovskita, así como CuBr deposita sobre ms-TiO 2 y CuBr solo para películas. Esta cifra se ha reproducido de la referencia 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> Figura 6: Efecto de los aditivos de cationes monovalentes en el potencial de la superficie de las películas de perovskita. perfiles de línea de CPD registrados a partir de películas de perovskita vírgenes y aditivos a base de KPFM utilizando. La imagen de la topografía AFM se muestra en la parte superior. Esta cifra se ha reproducido de la referencia 18<html> . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> Figura 7: características de transporte de carga de películas perovskita. (A) las características de riesgo compartido de dispositivos agujero de sólo (ITO / PEDOT: PSS / perovskita / Au), utilizados para la estimación de la movilidad de los huecos SCLC. Tenga en cuenta que la densidad de corriente (J) se escala con el espesor de las capas de perovskita. (B) Las tendencias en el sc J, mu h, y μ electrónico para perovskita prístina y basada en el aditivo. Esta cifra se ha reproducido de la referencia 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> t &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> Figura 8: características de rendimiento fotovoltaico. (A) las características de corriente-voltaje de los dispositivos bajo una iluminación de 100 mW / cm 2, obtenidos usando diferentes tipos de haluros de catión monovalente añadido a la solución de fuente de plomo. (B) Incidente eficiencia fotón a corriente (IPCE) espectros como una función de la longitud de onda de luz monocromática para las células vírgenes, con sede en AgI CuBr-, CuI-, NaI-, y perovskita solares. Esta cifra se ha reproducido de la referencia 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Tipo de Muestra </td><td>J SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> μ correo </td><td> μ h </td><td> E A e </td><td> E Una 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> Prístino </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> NaI </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> Tabla 1: fotovoltaicos y de transporte de carga parámetros del PSC. Resumen de los parámetros fotovoltaicos derivadas de las mediciones de riesgo compartido y las movilidades de carga, junto con la energía de activación para las células solares cristalinas de perovskita y por motivos de aditivos que muestran el mejor rendimiento y se fabricated usando el método de deposición de dos pasos. Es de destacar que las estadísticas de los parámetros fotovoltaicos siguen la misma tendencia que los mejores dispositivos de rendimiento. Esta tabla se ha reproducido de la referencia 18.

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

A continuación, se presenta un protocolo para ajustar las propiedades de CH 3 NH 3 3 PBI solución de procesado a través de la incorporación de aditivos de cationes monovalentes con el fin de alcanzar las células solares de alta eficiencia perovskita.

Dopaje de cationes monovalentes de CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Para células solares eficientes perovskita

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 vistas.  University of Cambridge.  A continuación, se presenta un protocolo para ajustar las propiedades de CH 3 NH 3 3 PBI solución de procesado a través de la incorporación de aditivos de cationes monovalentes con el fin de alcanzar las células solares de alta eficiencia perovskita. 

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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.

La fabricación de dispositivos fotovoltaicos Nanocrystal inorgánicos solución totalmente elaborados

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

Investigación

Ingeniería

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.

Influencia de los híbridos Métodos de Fabricación perovskita en la formación de película, Estructura electrónica y el rendimiento de la célula solar

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

Química

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.

Proceso de solución asistida por Vapor de baja presión para banda sintonizables hueco agujero de alfiler-libre Methylammonium plomo haluro perovskita películas

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.

La recombinación Dinámica de capa fina en materiales fotovoltaicos a través de conductividad de microondas resuelta en el tiempo

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%.

Recocido infrarrojo flash para procesamiento de células solares de perovskita

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

Medio ambiente

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.

Principales factores que afectan el rendimiento del Sb2S3-sensibiliza las células solares durante una Sb2S3 deposición via SbCl3-tiourea tratamiento de solución de complejo

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.

Una tecnología de microfluidos Modular para estudios sistemáticos de nanocristales de Semiconductor coloidal

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.

Solución procesada "Plata, bismuto, yodo" ternario películas delgadas para absorbedores fotovoltaicas sin plomo

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.

Inyección de tinta impresión todos halogenuros inorgánicos perovskita tintas para aplicaciones fotovoltaicas

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.

Dopaje de cationes monovalentes de CH

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