M. Abdi-Jalebi grazie Nava Technology Limited per una borsa di studio di dottorato. MI Dar e M.Grätzel ringraziano la King Abdulaziz City per la scienza e la tecnologia (KACST) e la National Science Foundation svizzero (FNS) per il sostegno finanziario. Gli autori desiderano ringraziare il Dr. Pierre Mettraux nel Molecolare e ibrida materiali Caratterizzazione Center, EPFL per la realizzazione delle misure di XPS. A.Sadhanala riconosce con gratitudine il sostegno finanziario al progetto Indo-UK APEX. SP Senanayak riconosce la Royal Society di Londra per la Newton Fellowship. RH Amico, M. Abdi-Jalebi, e A. Sadhanala vorrebbero riconoscere il sostegno da parte del EPSRC.

1. Sintesi e la deposizione di Pristine e basati Additive CH 3 NH 3 PBI 3 NOTA: Tutte le soluzioni sono state preparate all&#39;interno di un vano portaoggetti di argon in condizioni all&#39;umidità e ossigeno controllato (H 2 O Level: &lt;1 ppm e O 2 Livello: &lt;10 ppm). <ol><li> Sciogliere 553 mg (1,2 M) di PBI 2 in 1 mL di N, N -dimethylformamide (DMF) sotto agitazione a 80 ° C. </li><li> Aggiungere 0,02 M di alogenuri di cationi monovalenti alla soluzione PBI 2. </li><li> Spin-coat risultante soluzione trasparente gialla sul substrato (ad esempio, mesoporosi-TiO 2) per 30 s a 6.500 rpm con una rampa di 4,000 rpm. </li><li> Cuocere i film su una piastra riscaldante a 80 ° C per 30 min. </li><li> Sciogliere 40 mg di ioduro (MAI) in 5 ml di isopropanolo. </li><li> Spin-coat una quantità sufficiente di soluzione MAI sui risultanti film ioduro di piombo con un ProtoC in due fasiolo che comprende 45 s di tempo di caricamento seguita da 20 s di filatura a 4.000 giri. </li><li> Ricuocere i film perovskite di spin-rivestito su una piastra riscaldante a 100 ° C per 45 min. </li></ol> 2. Fabrication celle solari <ol><li> preparazione del sottofondo <ol><li> Motivo ossido di stagno drogato con fluoro (FTO) Vetro Rivestiti. <ol><li> Coprire l&#39;area attiva del vetro FTO con nastro adesivo semitrasparente. </li><li> Versare la polvere di zinco (Zn) sulle zone scoperte dei substrati FTO. </li><li> Preparare 2 M di acido cloridrico (HCl) in acqua distillata. </li><li> Versare la soluzione HCl sulla parte del vetro FTO che è coperto di Zn in polvere. </li><li> Lavare il FTO con acqua e rimuovere il nastro. </li></ol></li><li> Pulizia dei substrati <ol><li> Lavare il vetro FTO utilizzando 2% (w / v) di detersivo. </li><li> Sonicare i substrati incisi FTO in acetone e isopropanolo (IPA) per 10 minuti. </li><li> Trattare i substrati FTO con una ultraviolet / O 3 pulitore per 15 min. </li></ol></li></ol></li><li> Deposizione di uno strato buco blocco <ol><li> Aggiungere 0,6 ml di bis titanio diisopropoxide (acetilacetonato) (TAA) in 7 ml di IPA. </li><li> Mettere i substrati FTO puliti e modellata su una piastra riscaldante a 450 ° C e coprire l&#39;area di contatto prima del riscaldamento. </li><li> Spruzzare la soluzione pirolisi TAA sulla zona scoperta usando O 2 come gas di trasporto. </li><li> Lasciare i campioni a 450 ° C per 30 min. </li></ol></li><li> Deposizione di uno strato di trasporto di elettroni <ol><li> Diluire il commerciale TiO2 pasta (dimensione delle particelle di 30 nm) con etanolo (2: 7, il rapporto peso). </li><li> Omogeneizzare la diluizione TiO 2 da sonicazione per 30 min. </li><li> Spin-coat la diluizione Titania sui campioni preparati con compatti TiO 2 strati per 30 s a 5.000 giri con una rampa di 2.000 giri al minuto. </li><li> Ricuocere i film titania a 500 ° C per 30min. </li><li> Trattare i risultanti mesoporosi TiO 2 film in una soluzione 40 mM di TiCl 4 in acqua distillata a 70 ° C per 20 min. </li><li> Ricottura dei film -treated TiCl 4 a 450 ° C per 30 min. </li></ol></li><li> Deposizione dello strato perovskite NOTA: I substrati FTO con strati di titanio sono stati trasferiti ad un dry box-aria con umidità &lt;1% per il resto del processo di fabbricazione. <ol><li> Spin-coat le soluzioni preparate piombo ioduro (con e senza droganti) sullo TiO mesoporosa 2 per 30 s a 6.500 giri con una rampa di 4.000 giri al minuto. </li><li> Cuocere i film su una piastra riscaldante a 80 ° C per 30 min. </li><li> Spin-coat una quantità sufficiente di soluzione MAI nelle risultanti film ioduro di piombo usando un protocollo a due fasi che comprende 45 s di tempo di caricamento seguite da filatura per 20 s a 4.000 rpm con una rampa di 2,000 rpm. </li><li> Ricottura dei film perovskite di spin-rivestito su un hotplate a 100 ° C per 45 min. </li></ol></li><li> Deposizione dello strato di trasporto buco <ol><li> Aggiungere 72,3 mg di spiro-OMeTAD a 1 ml di clorobenzene e agitare fino a quando la soluzione diventa trasparente. </li><li> Ottenere una soluzione stock di bis (trifluoromethylsulphonyl) imide (LiTFSI) con l&#39;aggiunta di 520 mg di LiTFSI in acetonitrile. </li><li> Aggiungere 17,5 ml di soluzione madre LiTFSI e 28,8 ml di 4- ter -butylpyridine (TBP) alla soluzione spiro-OMeTAD. </li><li> Spin-coat la soluzione di cui sopra per 30 s a 4.000 giri con una rampa di 2.000 giri al minuto. </li></ol></li><li> Evaporazione termica del contatto superiore <ol><li> Mascherare i campioni e metterli nella camera a vuoto dell&#39;evaporatore. </li><li> Far evaporare 80 nm d&#39;oro ad una velocità di 0,01 nm / s. </li></ol></li></ol>

<ol>
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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.

Un&#39;architettura tipica di celle solari perovskite mesoscopiche stato utilizzato in questo lavoro, dove una serie di materiali erano spin-rivestito tra un substrato conduttore e un contatto metallico termicamente evaporato (Figura 1). I mesoporosi TiO 2 strati sono stati trattati con TiCl 4, che è segnalato per passivare le trappole di superficie e per migliorare l&#39;interfaccia tra lo strato di trasporto di elettroni ed il materiale assorbitore 21, 22. Lo strato perovskite è stata poi depositato utilizzando una tecnica di deposizione in due fasi sequenziali. La conversione completa di alogenuro conducono perovskite nel secondo passo è essenziale per ottenere il massimo assorbimento della luce 16, 17, e abbiamo dimostrato che gli additivi alogenuri catione monovalente (ad esempio, NaI e CuBr) determinare una conversione completa. Inoltre, la copertura completa dello strato titania mesoporosa with la perovskite over-strato è vitale per eliminare potenziali ricombinazione tra il livello di trasporto foro (ad esempio, Spiro OMETAD) e lo strato di trasporto degli elettroni (per esempio, mesoporosa TiO 2) 23. Abbiamo illustrato che l&#39;aggiunta gli alogenuri catione monovalente (ad esempio, cui e AGI) può migliorare la copertura della superficie dello strato perovskite tappatura, che porta ad una tensione a circuito aperto superiore per il dispositivo. Il vantaggio principale del nostro metodo è la fase di drogaggio, dove abbiamo incorporato cationi monovalenti in CH 3 NH 3 PBI 3 struttura per migliorare la densità delle cariche, trasporto di carica, e la conducibilità dello strato di assorbimento. Come indicato nella sezione precedente, i droganti suddette significativamente migliorati sia l&#39;elettrone e la mobilità dei fori. Inoltre, una notevole diminuzione dell&#39;energia di attivazione trasporto di carica, così come nel disordine energetico delle Perovskipellicola te, è stato ottenuto monovalente doping cationico. In questo lavoro, abbiamo dimostrato un metodo per drogare CH 3 NH 3 PBI 3 come strato assorbente nel mesoscopica perovskite struttura delle celle solari. Monovalenti alogenuri cazione sono stati usati per regolare le proprietà morfologiche, ottiche, elettriche e di CH 3 NH 3 PBI 3 film di perovskite, al fine di migliorare le prestazioni del fotovoltaico. Pertanto, abbiamo incorporato tre differenti cationi monovalenti (cioè, Na +, Cu + e Ag +), che hanno simili raggi ionici al Pb 2+, nella fonte di piombo nella sequenziale deposizione di due fasi di CH 3 NH 3 PBI 3 . Come risultato, un notevole miglioramento delle proprietà strutturali ed optoelettroniche di CH 3 NH 3 PBI 3 avvenuta alla presenza di questi additivi, portando a PCEs elevati per le celle solari fabbricate. Pertanto, il nostro lavoro highlights un modo facile di drogaggio del CH 3 NH 3 PBI 3 come strato assorbente, che può essere utilizzato in tutte le altre configurazioni di celle solari perovskite (ad esempio, l&#39;architettura planare) al fine di migliorare ulteriormente la qualità elettronica di film sottili perovskite. I dati alla base di questo documento sono disponibili presso: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.

Attualmente, la porzione dominante del fabbisogno energetico del mondo (cioè, 85%) è alimentato dalla combustione di petrolio, carbone e gas naturale, che facilita il riscaldamento globale e ha effetti deleteri sul nostro ambiente 1. Pertanto, lo sviluppo di CO 2 fonti neutrale di energia è di interesse fondamentale. Il fotovoltaico (PV) è un processo di conversione di energia ideale in grado di soddisfare questo requisito. Tuttavia, il costo e l&#39;efficienza, come i principali ostacoli alla vasta adozione della tecnologia fotovoltaica, deve essere migliorato. Emergenti tecnologie fotovoltaiche basate su nuovi materiali, come perovskite celle solari (PSC), hanno la combinazione di minori costi e maggiore efficienza. Questo risultato è ottenuto attraverso l&#39;utilizzo di materiali economici che sono prontamente disponibili, così come attraverso veloce, facile e percorsi di lavorazione a bassa energia rispetto alle controparti a base di silicio 2, 3,4. Un notevole miglioramento nella efficienza di conversione di potenza (PCE), dal 3,8% ad oltre il 22%, è stato riportato per ibridi organici-inorganici perovskite alogenuri vantaggio dalla sua prima apparizione in architettura PV 5, 6, 7, 8. Tale prestazione superba nasce dalla forte assorbimento della luce con una fascia di punta estremamente tagliente, il bassissimo disturbo energico, gli eccitoni debolmente legati che si dissociano facilmente in vettori liberi con grandi lunghezze di diffusione, e la capacità di riciclaggio fotone di ibrido organico-inorganico alogenuro piombo perovskite 9, 10, 11, 12. Questi materiali sono classificati nella famiglia perovskite, che cristallizza da sali di alogenuri e ioduri metallici organici per formare cristalli nelle ABX 3 </sub&gt; Struttura, dove X è un anione e A e B sono cationi di diverse dimensioni (A è maggiore di B). cationi riportato per il Un sito includono metilammonio (MA), formamidinium (FA), e cesio (Cs); una combinazione di questi cationi mostra la più alta 13 prestazioni, 14. Inoltre, il candidato principale per il catione bivalente nel sito B è il piombo, che può essere sostituito da stagno; bandgap può essere successo rosso-spostato a oltre 1.000 nm in un piombo-stagno mescolato perovskite 15. Analogamente, gli occupanti X-site sono stati studiati approfonditamente, se una miscela di ioduro (I) e bromuro (Br) sono stati introdotti come candidati principali 16, 17. Pertanto, è altamente plausibile per manipolare le proprietà strutturali, morfologiche e optoelettronici di perovskiti alterando la loro composizione chimica. Nonostante il fatto che la maggiore crystaqualità lline e l&#39;uniformità macroscopica del film perovskite sono parametri fondamentali per realizzare dispositivi efficienti 18, l&#39;impatto dei confini tra i domini policristallini, l&#39;origine e il ruolo dei difetti elettronici nei assorbitori perovskite, e il ruolo degli strati di raccolta di carica su processi di perdita nelle celle solari perovskite non sono ancora ben compresi. Per quanto riguarda la natura dei difetti elettronici nella struttura perovskite, è stato riportato che molti dei difetti quali I o Pb vacanti, portare a stati che sono molto vicini o all&#39;interno del continuum di stati nelle bande di conduzione e di valenza, che potrebbe avere un impatto elettronico negativo sui dispositivi fotovoltaici 19. Inoltre, una forte interazione covalente tra cationi e anioni piombo ioduro nel piano perovskite può portare alla presenza di difetti intrinseci (ad esempio, sotto-coordinato dimeri Pb e I trimeri), che potrebbe creatsiti e all&#39;interno della banda bordo che agiscono come centri di ricombinazione carica durante il funzionamento del dispositivo 20. Qui, si indaga l&#39;impatto del doping CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite con alogenuri di cationi monovalenti, tra Na +, Cu + e Ag +, ioni metallici in basso a valenza rispetto Pb 2+. Abbiamo quindi inserire questi cationi attraverso l&#39;aggiunta di una quantità razionale di loro sali alogenuri-based (ad esempio, NaI, CuBr, CuI, e AgI) nella soluzione perovskite precursore. Questi cationi hanno raggi ionici simile al Pb 2+, così doping sostitutiva all&#39;interno del cristallo è probabile. Abbiamo dimostrato che la presenza di questi cationi influenza fortemente sia la morfologia e la copertura dello strato di perovskite. Inoltre, la presenza di questi cationi (ad esempio, Na + e Ag +) è stata confermata mediante raggi X spettroscopia fotoelettronica (XPS), e un significancambiamento t nel livello di Fermi di perovskite è stata misurata da Kelvin forza microscopia a sonda (KPFM). Incorporando questi cationi in celle solari perovskite sequenzialmente depositati, abbiamo ottenuto un miglioramento dell&#39;efficienza fotovoltaico di PSC (15,6% confronto al 14%). Pertanto, è molto essenziale per migliorare le proprietà strutturali e optoelettroniche dello strato di assorbimento (p.es., perovskite) in architettura celle solari per massimizzare il trasporto di carica e passivare le trappole superficiali al fine di raggiungere il massimo delle prestazioni PV.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">735264-1EA</td>
			<td style="width:167px;">Resistivity&#8776;13 &#937;/sq</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Zinc powder</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">96454</td>
			<td>Molecular Weight 65.39&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Hydrochloric acid&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">84415</td>
			<td>&#8805;37 wt. %</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Hellmanex detergent&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>Z805939-1EA</td>
			<td>pkg of 1 L&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">325252</td>
			<td>75&#160;wt. % in isopropanol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Titania Paste</td>
			<td style="width:71px;">DYESOL</td>
			<td style="width:119px;">MS002300</td>
			<td>30 NR-D Transparent Titania Paste</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Lead (II) iodide</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">211168</td>
			<td>99 wt. %</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">N,N-Dimethylformamide&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">437573</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Methylammonium iodide</td>
			<td style="width:71px;">DYESOL</td>
			<td style="width:119px;">MS101000</td>
			<td>Powder&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">SpiroMeOTAD</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">792071</td>
			<td>99% (HPLC)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">544094</td>
			<td>99.95% trace metals basis&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">4-tert-Butylpyridine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">142379</td>
			<td>Purity: 96%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Chlorobenzene&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">284513</td>
			<td>anhydrous, 99.8%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2-Propanol&#160; (IPA)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">278475</td>
			<td>anhydrous, 99.5%&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">2860</td>
			<td>&#160;absolute alcohol, without additive, &#8805;99.8%&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

monovalent cation doping of ch3nh3pbi3 for efficient perovskite solar cells

Qui, dimostriamo l&#39;incorporazione di additivi cationi monovalenti in CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite per regolare l&#39;ottica, eccitonico, e proprietà elettriche. La possibilità di doping è stata studiata con l&#39;aggiunta di monovalenti alogenuri cazione con simili raggi ionici a Pb 2+, inclusi Cu +, Na +, e Ag +. Un cambiamento nel livello di Fermi e una notevole diminuzione di assorbimento ottico sub-bandgap, insieme con un disturbo minore energetico nel perovskite, è stato raggiunto. Un miglioramento ordine di grandezza della mobilità buco di massa e una significativa riduzione di energia di attivazione trasporto all&#39;interno di un dispositivo di perovskite additivo a base è stato raggiunto. La confluenza dei suddetti proprietà migliorate in presenza di questi cationi portato ad un miglioramento nei parametri fotovoltaici della cella solare perovskite. Un aumento di 70 mV in tensione a circuito aperto per Agi e 2 mA / cm 2 improvement nella densità fotocorrente per le celle solari a base di CuBr NaI- e sono stati raggiunti rispetto al dispositivo incontaminata. Il nostro lavoro apre la strada a ulteriori miglioramenti nella qualità optoelettronico di CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite e dispositivi successivi. Si mette in evidenza una nuova strada per le indagini sul ruolo di impurità droganti di cristallizzazione e controlla la densità dei difetti elettronici nelle strutture perovskite.

Emissione di campo microscopia elettronica a scansione (FESEM) è stato usato per registrare sia immagini a sezione trasversale delle celle solari fabbricate perovskite (Figura 1) e visualizzare immagini migliori dei depositati PBI 2 e CH 3 NH 3 PBI 3 film (Figura 2). Diffrazione di raggi X (XRD) e raggi X spettroscopia fotoelettronica (XPS) sono stati impiegati per caratterizzare le proprietà strutturali dei film perovskite (figure 3 e 4). Photothermal deflessione spettroscopia (PDS) e Kelvin forza microscopia a sonda (KPFM) sono stati usati per sondare le proprietà ottiche ed elettriche dei film perovskite, rispettivamente (figure 5 e 6). Inoltre, misure di trasporto bulk dipendenti dalla temperatura, basate su carica spaziale corrente limitata (SCLC) è stata eseguita sui dispositivi perovskite (Figura 7). Infine, una serie photovoltamisura ic dei dispositivi fabbricati stata eseguita (Figura 8 e Tabella 1). Basato sul top-view immagini SEM della PBI 2 e CH 3 NH 3 PBI 3 depositato sul mesoporosa TiO 2 strati (mp-TiO 2) mostrato in figura 2, l&#39;effetto degli additivi sulla morfologia di perovskite è stato illustrato dove grandi cristalli a forma di ramo di PBI 2 sono stati ottenuti nel campione NaI-based. Ciò ha portato alla formazione di grandi cristalli asimmetrici di perovskite. Inoltre, abbiamo ottenuto uno strato uniforme e perovskite pinhole senza tappatura per i campioni a base di Agi CuI- e (Figura 2c e 2e). Per studiare l&#39;effetto degli additivi alogenuri catione monovalente sulla struttura cristallina di CH 3 NH 3 PBI 3 e sulla conversione di PBI 2 in CH 3 NH 3 PBI3, diffrazione di raggi X è stata eseguita (Figura 3). Sebbene la struttura cristallina della perovskite finale è rimasta la stessa per tutti i campioni, è evidente che il picco di diffrazione a 2θ = 12,6, che corrisponde ai non convertiti PBI 2, è stato eliminato in presenza di additivi NaI e CuBr. Per confermare la presenza di questi cationi monovalenti all&#39;interno CH 3 NH 3 PBI 3 film perovskite, abbiamo condotto un&#39;analisi XPS, come mostrato nella figura 4. Sulla base dei dati XPS, abbiamo dimostrato la presenza di Na e Ag ioni all&#39;interno dei film perovskite, mentre la concentrazione di Cu non può essere stimato, probabilmente a causa della vicinanza di ioduro (I 3P1 / 2) e rame (Cu 2P1 / 2) i picchi. L&#39;effetto degli additivi catione monovalente sullo spettro di assorbimento della perovskite è mostrato in figura 5a, che è stata misurata dal PDS.È evidente che l&#39;additivo a base di CH 3 NH 3 PBI 3 ha un minore assorbimento di sub-bandgap rispetto al campione incontaminato. Inoltre, una coda di assorbimento è stata osservata per i campioni Cu-based, che ha avuto origine dalla assorbimento intrinseca di alogenuro di rame (figura 5b). Anche se la coda di assorbimento conferma la presenza di cationi Cu nei film perovskite finali, è evidente, sulla base del confronto tra i PDS di cui a base PBI 2 e CH 3 NH 3 PBI 3, che la loro incorporazione non è completa. Inoltre, l&#39;energia Urbach (Eu), che è una misura del grado di disordine energetico di un materiale, è stato stimato per incontaminata, perovskite NaI-, CuBr-, CuI- e AgI a base ei valori sono 15,6, 11.8, 12.8, 13.5, 15.2 e meV, rispettivamente, (inserto di figura 5a). Per esplorare l&#39;influenza degli additivi suddetti sul elettrStruttura onic di CH 3 NH 3 PBI 3, abbiamo eseguito KPFM, dove è stata misurata la differenza di potenziale di contatto (CPD) dei profili di linea. Ciò corrisponde alla funzione lavoro superficiale (Φ) della perovskite illustrato in figura 6. Un netto spostamento nella CPD (cioè, 0,1 V) di additivo basato perovskite rispetto a quella incontaminata mostra che il livello di Fermi perovskite è spostato verso la banda di valenza. Questa variazione del livello di Fermi di perovskite può essere attribuita a sostituzionale p-doping (ad esempio, la sostituzione di Pb 2+ con cationi monovalenti X +) o passivazione superficiale sulle superfici cristalline di perovskite. Per studiare l&#39;effetto di drogaggio dalla densità delle cariche e sulle proprietà di trasporto in CH 3 NH 3 PBI 3, abbiamo effettuato misure di trasporto di massa in funzione della temperatura (Figura 7a </strong&gt;). Abbiamo quindi stimato la mobilità bulk carrier (μ SCL) in base alla carica spaziale corrente limitata (SCLC) dell&#39;elettrone completa e dispositivi perovskite basati additivo hole-solo incontaminata e. Un notevole aumento della conducibilità e in entrambe le mobilità degli elettroni e fori sono stati raggiunti, in particolare per i campioni NaI e CuBr rispetto a perovskite incontaminata (Tabella 1). È da notare che il miglioramento della mobilità di carica e conducibilità sono coerenti con il miglioramento della corrente di cortocircuito (J sc) e fattore di riempimento (FF) delle celle solari fabbricate mostrato in Figura 7b. Inoltre, abbiamo stimato l&#39;energia di attivazione per il trasporto di carica (IT) sia per l&#39;elettrone e il buco utilizzando misure di trasporto di massa in funzione della temperatura, in cui una netta diminuzione è stato raggiunto per perovskite additivo a base di. Tale miglioramento è attribuito alla maggiore densità dei vettori a causa di drogaggio e riempimento thtrappole di trasporto e, che si traduce in un calo significativo nella barriera trasporti. Abbiamo fabbricato celle solari perovskite sulla base delle suddette alogenuri monovalenti cazione, le corrispondenti curve JV, ei parametri fotovoltaici che sono riassunte nella Figura 8a e Tabella 1. Un miglioramento significativo in tensione a vuoto è stato ottenuto sia CuI- (0,99 V) e AgI- (1,02 V) basato celle solari a causa della copertura della superficie ideale (figura 2c e 2e). Inoltre, un notevole aumento della corrente di cortocircuito (≈2 mA cm -2) per CuBr- e celle solari NaI-base è stato raggiunto, che può essere attribuito alla conversione completa di PBI 2 in CH 3 NH 3 PBI 3. Questo miglioramento è stato confermato dagli spettri fotone incidente-corrente efficienza di conversione (IPCE) mostrata nella figura 8b. Infine, higher efficienza di conversione di potenza (PCE) livelli del 15,2%, 15,6% e 15,3% sono stati raggiunti per NaI-, CuBr-, e dispositivi di cui a base, rispettivamente confronta con il valore di 14,0% per la cella solare perovskite incontaminata. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> Figura 1: Mesoscopic perovskite architettura delle celle solari. SEM in sezione di un dispositivo completo con la seguente struttura: FTO / compact-TiO 2 / mesoporosi-TiO 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / Spiro-OMeTAD / Au. <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> Figura 2: Analisi morfologica del piombo ioduro e strutture perovskite. Top-Visualizza immagini SEM di PBI 2 (lato sinistro) e CH 3 NH 3 PBI 3 strutture (lato destro): (a) incontaminato, ( <st<html> rong&gt; b) CuBr-, (c) CuI-, (d) NaI-, e (e) i campioni perovskite AGI-based depositati su un mesoporosa TiO2 Rivestiti FTO. Questo dato è stato riprodotto da riferimento 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> Figura 3: Effetto di additivi alogenuri catione monovalente sulla cristallinità perovskite. Diffrazione di raggi X spettri incontaminato e additivo a base di CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite che è cresciuto su mesoporosa TiO 2 film, che si deposita sul vetro FTO rivestita. Questo dato è stato riprodotto da riferimento 18.t = &quot;_ blank&quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> Figura 4: Traccia di cationi monovalenti in CH 3 NH 3 PBI 3 struttura perovskite. Analisi XPS di film perovskite incontaminate, CuBr-, CuI-, NaI-, e di Agi-based. Questo dato è stato riprodotto da riferimento 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> Figura 5: Proprietà ottiche di film perovskite. (A) Gli spettri di assorbimento del film perovskite derivati da fonti di piombo incontaminato e additivi a base misurata con la tecnica PDS. Ilinserto mostra le corrispondenti energie Urbach per tutti i campioni. La barra di errore è definito dalla SD nel montaggio della coda Urbach. (B) confronto degli spettri di assorbimento PDS di film incontaminato e piombo ioduro CuBr-based e perovskite, nonché CuBr depositato su ms-TiO 2 e CuBr soli film. Questo dato è stato riprodotto da riferimento 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> Figura 6: Effetto di additivi cationi monovalenti sul potenziale superficie di film perovskite. profili linea CPD registrate dai film perovskite incontaminate e additivi a base utilizzando KPFM. L&#39;immagine topografica AFM è mostrato sulla parte superiore. Questo dato è stato riprodotto da riferimento 18<html> . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> Figura 7: caratteristiche di trasporto di carica dei film perovskite. (A) le caratteristiche dei dispositivi JV foro di solo (ITO / PEDOT PSS / Perovskite / UA), utilizzati per stimare la mobilità buco SCLC. Si noti che la densità di corrente (J) viene scalata con lo spessore degli strati perovskite. (B) le tendenze del SC J, μ h, e μ e per perovskite incontaminata e additivo a base di. Questo dato è stato riprodotto da riferimento 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa 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: caratteristiche prestazionali fotovoltaico. (A) caratteristiche corrente-tensione di dispositivi in una illuminazione di 100 mW / cm 2, ottenuti utilizzando diversi tipi di cationi monovalenti alogenuri aggiunti alla soluzione di fonte di piombo. (B) Incidente efficienza fotone-corrente (IPCE) spettri in funzione della lunghezza d&#39;onda di luce monocromatica per incontaminate, celle solari perovskite CuBr-, CuI-, NaI- e AgI basati. Questo dato è stato riprodotto da riferimento 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Tipo di campione </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> (cm -2 mA) </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> incontaminato </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> Tabella 1: fotovoltaici e di trasporto di carica parametri del PSC. Sintesi dei parametri fotovoltaici conseguenti a misurazioni JV e le mobilità di carica, insieme con l&#39;energia di attivazione per le celle solari perovskite incontaminate e additivi a base che mostrano le migliori prestazioni e sono stati fabricated utilizzando il metodo di deposizione in due fasi. È da notare che le statistiche dei parametri fotovoltaici seguono lo stesso andamento dei migliori dispositivi performanti. Questa tabella è stata riprodotta da riferimento 18.

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Qui, presentiamo un protocollo per regolare le proprietà di soluzione trasformati CH 3 NH 3 PBI 3 attraverso l&#39;incorporazione di additivi cationi monovalenti per realizzare celle solari perovskiti altamente efficienti.

Cationi monovalenti doping di CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Per efficienti celle solari Perovskite

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

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

16.5K Views.  University of Cambridge.  Qui, presentiamo un protocollo per regolare le proprietà di soluzione trasformati CH 3 NH 3 PBI 3 attraverso l'incorporazione di additivi cationi monovalenti per realizzare celle solari perovskiti altamente efficienti. 

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Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Celle in silicio policristallino solari a film sottile con plasmoniche-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

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Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monostrato Contatto doping di silicio superfici e nanofili Uso organofosforici Composti

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two solution-processed polymeric cells connected in parallel by a transparent carbon nanotubes (CNT) interlayer. This structure includes improvements in fabrication techniques for tandem OPV devices. First the need for ambient-processed cathodes is considered. The CNT anode in the tandem device is tuned via ionic gating to become a common cathode. Ionic gating employs electric double layer charging to lower the work function of the CNT electrode. Secondly, the difficulty of sequentially stacking tandem layers by solution-processing is addressed. The devices are fabricated via solution and dry-lamination in ambient conditions with parallel processing steps. The method of fabricating the individual polymeric cells, the steps needed to laminate them together with a common CNT cathode, and then provide some representative results are described. These results demonstrate ionic gating of the CNT electrode to create a common cathode and addition of current and efficiency as a result of the lamination procedure.

A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

Metodo ambiente per la produzione di un ionicamente Gated Nanotubi di carbonio catodo comune in celle solari tandem Organic

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Rendere record efficienza SnS celle solari per evaporazione termica e Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integrazione di luce Trapping Argento Nanostrutture in silicio microcristallino idrogenato celle solari tramite bonifico stampa

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

La stampa digitale di biossido di titanio per le celle solari dye sensibilizzato

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of electrospun titanium dioxide nanofibers (TiO2-NFs) on top of a blocking layer made of commercially available titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NPs). This is achieved by first electrospinning a solution of titanium (IV) butoxide, polyvinylpyrrolidone (PVP), and glacial acetic acid in ethanol to obtain composite PVP/TiO2 nanofibers. These are then calcined at 500 &#176;C to remove the PVP and to obtain pure anatase-phase titania nanofibers. This material is characterized using scanning electron microscopy (SEM) and powder X-ray diffraction (XRD). The photoanode is prepared by first creating a blocking layer through the deposition of a TiO2-NPs/terpineol slurry on a fluorine-doped tin oxide (FTO) glass slide using doctor blading techniques. A subsequent thermal treatment is performed at 500 &#176;C. Then, the light-scattering layer is formed by depositing a TiO2-NFs/terpineol slurry on the same slide, using the same technique, and calcinating again at 500 &#176;C. The performance of the photoanode is tested by fabricating a dye-sensitized solar cell and measuring its efficiency through J-V curves under a range of incident light densities, from 0.25-1 Sun.

The overall goal of this project was to use electrospinning to fabricate a photoanode with improved performance for dye-sensitized solar cells.

Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

In Situ Monitoraggio del degrado prestazioni accelerate di celle e moduli solari: un caso di studio per le celle solari di Cu (In, Ga) Se2

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule (SMPV1) and [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PC71BM), by utilizing ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO NRs that grew on both a sputtered and sol-gel processed AZO seed layer are fabricated. Compared with the AZO thin film prepared by the sol-gel method, the sputtered AZO thin film exhibits better crystallization and lower surface roughness, according to X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM) measurements. The orientation of the ZnO NRs grown on a sputtered AZO seed layer shows better vertical alignment, which is beneficial for the deposition of the subsequent active layer, forming better surface morphologies. Generally, the surface morphology of the active layer mainly dominates the fill factor (FF) of the devices. Consequently, the well-aligned ZnO NRs can be used to improve the carrier collection of the active layer and to increase the FF of the solar cells. Moreover, as an anti-reflection structure, it can also be utilized to enhance the light harvesting of the absorption layer, with the power conversion efficiency (PCE) of solar cells reaching 6.01%, higher than the sol-gel based solar cells with an efficiency of 4.74%.

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The well-aligned vertically oriented ZnO NRs exhibit high crystalline properties. The power conversion efficiency of solar cells can reach 6.01%.

Ben allineati verticalmente orientato ZnO Nanorod matrici e la loro applicazione in invertito piccola molecola solare celle

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...