Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att justera egenskaperna hos lösnings bearbetade CH 3 NH 3 PBI 3 genom införlivandet av monovalenta katjoner tillsatser för att uppnå högeffektiva perovskit solceller.
Abstract
Här visar vi införlivandet av monovalent katjon tillsatser i CH 3 NH3 PBI 3 perovskit för att justera den optiska, excitoniska och elektriska egenskaper. Möjligheten att dopning undersöktes genom tillsats av envärd katjon halogenider med liknande jonradier till Pb 2+, inklusive Cu +, Na +, och Ag +. En förskjutning i Fermi-nivå och en anmärkningsvärd minskning av sub-bandgap optisk absorption, tillsammans med en lägre energisk oordning i perovskit, uppnåddes. En order-of-storlek förbättring i bulk hålet rörlighet och en betydande minskning av transportaktiveringsenergi inom en tillsats baserad perovskit enhet uppnåddes. Sammanflödet av de tidigare nämnda förbättrade egenskaper i närvaro av dessa katjoner ledde till en förbättring i de fotovoltaiska parametrar hos perovskit solcell. En ökning med 70 mV i tomgångsspänningen för AgI och en 2 mA / cm2 improvement i foto densitet för NaI- och CuBr-baserade solceller uppnåddes jämfört med den orörda enheten. Vårt arbete banar väg för ytterligare förbättringar i optoelektroniska kvalitet CH 3 NH3 PBI 3 perovskit och efterföljande enheter. Det belyser en ny väg för undersökningar om vilken roll dopnings föroreningar i kristallisation och styr den elektroniska defekttätheten i perovskit strukturer.
Introduction
För närvarande, den dominerande delen av världens energibehov (dvs 85%) matas genom förbränning av olja, kol och naturgas, vilket underlättar den globala uppvärmningen och har skadliga effekter på vår miljö 1. Därför är av största intresse att utveckla CO 2 neutrala energikällor. Solceller (PV) är ett idealiskt omvandlingsprocess energi som kan uppfylla detta krav. Men kostnader och effektivitet, eftersom de största hindren för den omfattande antagande av PV teknik, måste förbättras. Emerging PV teknik baserade på nya material, såsom perovskit solceller (PSC), har en kombination av lägre kostnader och ökad effektivitet. Detta uppnås genom användning av billiga material som är lätt tillgängliga, liksom genom snabb, enkel och processvägar energisnåla jämfört med kiselbaserade motsvarigheter 2, 3,4. En anmärkningsvärd förbättring av effektiviteten kraftomvandling (PCE), från 3,8% till mer än 22%, har rapporterats för hybrid organisk-oorganiska bly halogenlampor perovskit sedan sitt första framträdande i PV arkitektur 5, 6, 7, 8. En sådan enastående prestanda kommer från det starka ljuset absorption med en mycket vass bandkant, mycket låg energisk störning, de svagt bundna excitoner som lätt dissocierar till fria bärare med stora diffusion längder, och foton återvinning förmåga hybrid organisk-oorganisk bly halogenid perovskit 9, 10, 11, 12. Dessa material kategoriseras i perovskitfamiljen, som kristalliseras från organisk halogenid och metallhalogen salter för att bilda kristaller i ABX 3 13, 14. Dessutom är huvudkandidat för den tvåvärda katjonen i B platsen bly, som kan ersättas av tenn; bandgap kan vara framgångsrikt rödskiftade till över 1000 nm i en bly-tenn blandat perovskit 15. På liknande sätt har de X-site åkande studerats i stor utsträckning, där en blandning av jodid (I) och bromid (Br) infördes som huvudkandidaterna 16, 17. Därför är det högst troligt att manipulera de strukturella, morfologiska och optoelektroniska egenskaper hos perovskiter genom att förändra deras kemiska sammansättning.
Trots det faktum att den förbättrade kristlline kvalitet och makroskopiska likformigheten i perovskit filmen är viktiga parametrar för att uppnå effektiva anordningar 18, effekterna av gränserna mellan de polykristallina domäner, ursprung och roll elektroniska defekter i perovskit absorbatorer, och den roll som inkasso lager på förlustprocesser i perovskit solceller är ännu inte klarlagd. När det gäller karaktären hos elektronisk defekter i perovskitstruktur, har det rapporterats att många av de defekter, såsom I eller Pb vakanser, resulterar i stater som är mycket nära eller inom kontinuum av stater i lednings och valensbanden, som kan ha en negativ elektronisk inverkan på fotogalvaniska anordningar 19. Dessutom kan en stark kovalent bindning interaktion mellan bly katjoner och jodid anjoner i perovskit planet leda till förekomsten av inneboende defekter (t.ex. i enlighet koordinerad Pb dimerer och jag trimerer), vilket skulle kunna create ställen inom bandkant som fungerar som laddnings rekombinationscentra under driften av anordningen 20.
Här undersöker vi effekterna av doping CH 3 NH 3 PBI 3 perovskit med monovalent katjon halogenider, inklusive Na +, Cu + och Ag +, lägre valens metalljoner än Pb 2+. Vi införlivar därför dessa katjoner genom tillsats av en rationell del av sina halide baserade salter (t.ex. Nal, CuBr, Cul, och AgI) in i den perovskit prekursorlösningen. Dessa katjoner har joniska radier liknar Pb 2+, så substitutions dopning inom kristallen är sannolik. Vi har visat att närvaron av dessa katjoner starkt påverkar både morfologi och täckning av perovskit skiktet. Dessutom har närvaron av dessa katjoner (t.ex. Na + och Ag +) bekräftats genom röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), och en significant förändring i Fermi nivån av perovskit mättes genom Kelvin probe kraft mikroskopi (KPFM). Genom att införliva dessa katjoner i sekventiellt deponerade perovskit solceller, nådde vi en förbättring av solceller effektivitet PSC (15,6% jämfört med 14%). Därför är det mycket viktigt att förbättra de strukturella och optoelektroniska egenskaper hos absorbentskiktet (t.ex. perovskit) solcell arkitektur för att maximera laddningstransport och att passivera ytan fällor för att nå den högsta PV prestanda.
Protocol
1. Syntes och deponering av Pristine och tillsats-baserade CH 3 NH 3 PBI 3
NOTERA: Alla lösningarna bereddes inuti en argon handskbox under fukt- och syrereglerade betingelser (H2O nivå: <1 ppm och O 2 nivå: <10 ppm).
- Upplös 553 mg (1,2 M) av PBI 2 i 1 ml N, N-dimetylformamid (DMF) under konstant omröring vid 80 ° C.
- Lägga 0,02 M av envärd katjon halogenider till PBI 2 lösningen.
- Spin-coat den resulterande gula transparenta lösningen på substratet (t.ex., mesoporösa-TiO 2) under 30 s vid 6500 rpm med en ramp av 4000 varv per minut.
- Baka filmerna på en värmeplatta vid 80 ° C under 30 min.
- Lös upp 40 mg metylammonium jodid (MAI) i 5 ml isopropanol.
- Spin-coat en tillräcklig mängd av MAI lösningen på de resulterande bly jodid filmer med användning av ett två-stegs protocol som omfattar 45 ar av laddningstid följt av 20 s spinning vid 4000 rpm.
- Glödga de spinnbelagda perovskit filmer på en värmeplatta vid 100 ° C under 45 min.
2. Solcells Fabrication
- substrat beredning
- Mönster fluordopad tennoxid (FTO) -belagda glas.
- Täck det aktiva området av FTO glas med halv tejp.
- Häll zink (Zn) pulver på de otäckta områdena av FTO substraten.
- Förbereda 2 M saltsyra (HCl) i destillerat vatten.
- Häll HCl-lösningen på den del av den FTO glas som är täckt med Zn-pulver.
- Tvätta FTO med vatten och ta bort tejpen.
- Rengöring av substrat
- Tvätta FTO glas med användning av 2% (vikt / volym) detergent.
- Sonikera de etsade FTO substrat i aceton och isopropanol (IPA) under 10 min.
- Behandla FTO substrat med en ultraviolet / O 3 rengöringsmedel för 15 min.
- Mönster fluordopad tennoxid (FTO) -belagda glas.
- Avsättning av ett hål blockerande skikt
- 0,6 ml titan diisopropoxid bis (acetylacetonat) (TAA) i 7 ml IPA.
- Sätta de rengjorda och mönstrade FTO substrat på en värmeplatta vid 450 ° C och täcka kontaktområdet före upphettning.
- Spray pyrolys TAA lösningen på den icke täckta området med hjälp av O 2 som bärargas.
- Lämnar proverna vid 450 ° C under 30 min.
- Avsättning av en elektrontransportskikt
- Späd kommersiella TiO 2 pasta (30 nm partikelstorlek) med etanol (2: 7, viktförhållande).
- Homogenisera TiO 2 utspädning genom sonikering i 30 min.
- Spin-belägga titandioxid utspädning på de preparerade proverna med kompakta TiO 2 lager i 30 s vid 5000 rpm med en ramp av 2000 rpm.
- Annelera de Titandioxidfilmerna vid 500 ° C under 30min.
- Behandla de resulterande mesoporösa TiO 2 filmer i en 40 mM lösning av TiCl4 i destillerat vatten vid 70 ° C under 20 min.
- Glödga TiCl4 -behandlade filmer på 450 ° C under 30 min.
- Avsättning av perovskit skiktet
OBS! FTO substrat med titandioxidskikt överfördes till en torr luft låda med en luftfuktighet på <1% under resten av tillverkningsprocessen.- Spin-kappa de preparerade bly jodid lösningar (med och utan dopämnen) på det mesoporösa TiO 2 i 30 sek vid 6500 rpm med en ramp av 4000 rpm.
- Baka filmerna på en värmeplatta vid 80 ° C under 30 min.
- Spin-belägga en tillräcklig mängd av MAI lösning i de resulterande bly jodid filmer med hjälp av en två-stegs protokoll som omfattar 45 ar av laddningstid, följt av centrifugering under 20 s vid 4000 rpm med en ramp av 2000 rpm.
- Glödga spinnbelagda perovskit filmer på en hotplate vid 100 ° C under 45 min.
- Avsättning av håltransportskiktet
- Lägg 72,3 mg spiro OMeTAD till 1 ml klorbensen och skaka tills lösningen blir genomskinlig.
- Gör en stamlösning av bis (trifluoromethylsulphonyl) imid (LiTFSI) genom att tillsätta 520 mg av LiTFSI i acetonitril.
- Lägg 17,5 mikroliter av LiTFSI stamlösning och 28,8 mikroliter av 4-tert-butylpyridin (TBP) till spiro OMeTAD lösning.
- Spin-coat lösningen ovan under 30 s vid 4000 rpm med en ramp av 2000 varv per minut.
- Termisk avdunstning av toppkontakt
- Maskera proverna och sätta dem i vakuumkammare förångaren.
- Indunsta 80 nm guld med en hastighet av 0,01 nm / s.
Representative Results
Fältemission svepelektronmikroskop (FESEM) användes för att spela in både tvärsnittsbilder av de tillverkade perovskit solceller (Figur 1) och Uppifrån bilder av deponerade PBI 2 och CH 3 NH3 PBI 3 filmer (Figur 2). Röntgendiffraktion (XRD) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) användes för att karakterisera de strukturella egenskaperna hos de perovskit filmerna (figur 3 och 4). Fototermisk avböjning spektroskopi (PDS) och Kelvin probe force microscopy (KPFM) användes för att sondera de optiska och elektriska egenskaperna hos perovskit filmer, respektive (fig 5 och 6). Vidare temperaturberoende masstransportmätningar baserade på rymdladdning begränsad ström (SCLC) utförs på perovskit enheter (Figur 7). Slutligen, ett standard photovoltaic mätning av de tillverkade anordningarna utfördes (figur 8 och tabell 1).
Baserat på den översta-view SEM-bilder av PBI 2 och CH 3 NH 3 PBI 3 avsatt på det mesoporösa TiOa två skikt (mp-TiO 2) som visas i figur 2, undersöktes effekten av tillsatserna på morfologin hos perovskit illustreras där stora grenformade kristaller av PBI 2 uppnåddes i NaI baserat urval. Detta ledde till bildandet av större asymmetriska kristaller av perovskit. Dessutom fick vi en enhetlig och hål fri perovskit täckskikt för CuI- och AgI-baserade prover (figur 2c och 2e). För att undersöka effekten av monovalent katjon halogenlampor tillsatser på kristallstrukturen hos CH 3 NH 3 PBI 3 och om omvandlingen av PBI 2 i CH 3 NH3 PBI3, röntgendiffraktion utfördes (figur 3). Även om kristallstrukturen för den slutliga perovskit förblev densamma för alla prov, är det uppenbart att den diffraktionstopp vid 2θ = 12,6, vilket motsvarar den okonverterade PBI 2, eliminerades i närvaro av Nal och CuBr tillsatser. För att bekräfta förekomsten av dessa monovalenta katjoner i CH 3 NH3 PBI 3 perovskit filmer, genomförde vi en XPS-analys, som visas i Figur 4. På grundval av XPS data demonstrerade vi närvaron av Na- och Ag-joner inom perovskit filmerna, medan koncentrationerna av Cu inte kunde uppskattas, förmodligen på grund av närhet av jodid (I 3P1 / 2) och koppar (Cu 2P1 / 2) toppar.
Effekten av den envärda katjonen tillsatser på absorptionsspektrum för perovskiten visas i fig 5a, vilket mättes genom PDS.Det är uppenbart att tillsatsen baserade CH 3 NH 3 PBI tre hade lägre sub-bandgap absorption jämfört med den orörda provet. Vidare en absorption svans observeras för Cu-baserade prov, som har sitt ursprung från den inneboende absorption av kopparhalid (Figur 5b). Även om absorptionen svansen bekräftar närvaron av Cu katjoner i slut perovskit filmer, är det uppenbart, baserat på jämförelsen mellan PDS Cul-baserade PBI 2 och CH 3 NH3 PBI 3, att deras införlivande inte är fullständig. Dessutom har Urbach energi (Eu), som är ett mått på graden av energiska störning av ett material, uppskattades för orörda, NaI-, CuBr-, CuI-, och AgI-baserade perovskit, och värdena är 15,6, 11,8, 12,8, 13,5, och 15,2 meV, respektive (infällt i fig 5a).
För att utforska inverkan av de tidigare nämnda tillsatserna på elektrONIC struktur CH 3 NH3 PBI 3, utförde vi KPFM, där kontaktpotentialskillnad (CPD) av linjeprofilerna mättes. Detta motsvarar ytan arbetsfunktionen (Φ) av perovskit som visas i figur 6. En tydlig förskjutning i CPD (dvs 0,1 V) tillsats baserade perovskit jämfört med den orörda en visar att perovskit Fermi-nivån förskjuts mot valensbandet. Denna förändring i Fermi nivån av perovskit kan hänföras till antingen ersatta p-dopning (t.ex. utbyte av Pb 2+ med monovalenta katjoner X +) eller yta passive vid kristallina ytor av perovskit.
För att undersöka effekten av dopningen på densiteten av avgifterna och deras transportegenskaper i CH 3 NH3 PBI 3, utförde vi temperaturberoende bulkmätningar transport (Figur 7a SCL) baserad på rymdladdningen begränsad ström (SCLC) av hela elektron och hål endast ren och tillsatsbaserade perovskit enheter. En anmärkningsvärd ökning av ledningsförmågan och i både elektron- och håls mobiliteter uppnåddes, särskilt för NAI och CuBr prover jämfört med orörda perovskit (tabell 1). Det är anmärkningsvärt att den förbättrade laddnings rörlighet och konduktivitet är förenliga med förbättringen i kortslutningsströmmen (J sc) och fyll faktor (FF) av de tillverkade solceller som visas i figur 7b. Dessutom uppskattade vi aktiveringsenergin för laddningstransport (E A) för både elektronen och hålet med temperaturberoende bulkmätningar transporter, där en tydlig minskning uppnåddes för tillsats baserade perovskit. Förbättringen beror på högre täthet av bärare på grund av dopning och fyllning the transport fällor, vilket resulterar i en betydande nedgång i transportbarriären.
Vi fabricerade perovskit solceller baserade på de tidigare nämnda envärd katjon halogenider, de motsvarande JV kurvor och de fotoelektriska parametrar som sammanfattas i figur 8a och tabell 1. En signifikant förbättring av tomgångsspänningen uppnåddes för både CuI- (0,99 V) och AgI- (1,02 V) baserat solceller på grund av den ideala yttäckning (figur 2c och 2e). Dessutom en anmärkningsvärd ökning av kortslutningsström (≈2 mA cm -2) för CuBr- och Nai-baserade solceller uppnåddes, vilket kan tillskrivas den full konvertering av PBI 2 i CH 3 NH 3 PBI 3. Denna förbättring bekräftades av den infallande fotonen-till-ström-omvandlingseffektivitet (IPCE) -spektra visas i fig 8b. Slutligen higher effektivitet Power Conversion (PCE) halter av 15,2%, 15,6%, och 15,3% uppnåddes för NaI-, CuBr-, och Cul-baserade enheter, respektive, jämfört med värdet 14,0% för den orörda perovskit solcell.
Figur 1: Mesoskopisk perovskit solcell arkitektur. SEM tvärsnittsmikrofoto av en komplett enhet med följande struktur: FTO / compact-TiO 2 / mesoporösa-TiO 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / Spiro-OMeTAD / Au.
Figur 2: Morfologisk analys av bly jodid och perovskit strukturer. Top-view SEM bilder av PBI 2 (vänster) och CH 3 NH3 PBI 3 (höger sida) strukturer: (a) orörda, (
Figur 3: Effekt av monovalent katjon halogenlampor tillsatser på perovskit kristallinitet. Röntgendiffraktion spektra av orörda och tillsatsbaserade CH 3 NH 3 PBI 3 perovskit som odlas på mesoporösa TiO 2 film, som avsattes på FTO-belagt glas. Denna siffra har reproducerats från 18 referens.t = "_ blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Spår av monovalenta katjoner i CH 3 NH 3 PBI 3 perovskitstruktur. XPS-analys av orörda, CuBr-, CuI-, NaI- samt AGI-baserade perovskit filmer. Denna siffra har reproducerats från 18 referens. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Optiska egenskaper perovskit filmer. (A) Absorptionsspektra av perovskit filmer härledda från orörda och tillsatsbaserade blykällor mäts med hjälp av PDS teknik. Deinfällda bilden visar motsvarande Urbach energier för alla prover. Felet bar definieras av SD i montering av Urbach svans. (B) Jämförelse av PDS absorptionsspektra för orörda och CuBr-baserad bly jodid och perovskit filmer samt CuBr avsatt på ms-TiO 2 och CuBr-endast filmer. Denna siffra har reproducerats från 18 referens. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: Effekt av envärd katjon tillsatser på ytpotentialen för perovskit-filmer. CPD linjeprofiler som spelats in från orörda och tillsatsbaserade perovskit filmer använder KPFM. AFM topografi bild visas på toppen. Denna siffra har reproducerats från 18 referens . Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: laddningstransport egenskaper perovskit filmer. (A) JV egenskaper hål endast enheter (ITO / PEDOT: PSS / Perovskite / AU), som används för att uppskatta SCLC hålet rörlighet. Notera att strömtätheten (J) skalas med tjockleken hos de perovskit skikten. (B) Trenderna i J sc, | j h, och μ e för ren och tillsatsbaserade perovskit. Denna siffra har reproducerats från 18 referens. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: Photovoltaic prestandaegenskaper. (A) Strömspänningsegenskaperna hos enheter under en belysning av 100 mW / cm 2, som erhållits genom att använda olika typer av envärd katjon halogenider läggs till ledningen källa lösning. (B) infallande foton-till-strömutbyte (IPCE) spektra som en funktion av våglängden för monokromatiskt ljus för den orörda, CuBr-, CuI-, NaI-, och AgI-baserade perovskit solceller. Denna siffra har reproducerats från 18 referens. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Typ av prov | J SC | V OC | FF | PCE | μ e | μ h | E A e | E A h |
| (mA cm -2) | (V) | (%) | (cm 2 / Vs) | (cm 2 / Vs) | (meV) | (meV) | ||
| Ren | 21,03 | 0,95 | 0,70 | 14,01 | 0,02 | 0,008 | 135 | 198 |
| CuBr | 22,92 | 0,95 | 0,72 | 15,61 | 0,05 | 88 | 132 | |
| Cul | 21,81 | 0,99 | 0,71 | 15,25 | 0,02 | 0,036 | 94 | 157 |
| Nal | 22,97 | 0,9 | 0,73 | 15,14 | 0,04 | 0,07 | 77 | 137 |
| AgI | 19,24 | 1,02 | 0,72 | 14,18 | 0,005 | 0,006 | 105 | 177 |
Tabell 1: Photovoltaic och laddningstransportparametrar av PSC. Sammanfattning av de fotovoltaiska parametrar härledda ur JV mätningar och laddnings mobiliteter, tillsammans med aktiveringsenergin för den orörda och tillsatsbaserade perovskit solceller som visar den bästa prestandan och var fabricated med användning av två-stegsdeponeringsmetod. Det är anmärkningsvärt att statistiken för solcells parametrar följer samma trend som de bästa prestanda enheter. Denna tabell har reproducerats från 18 referens.
Discussion
En typisk arkitektur mesoskopiska perovskit solceller användes i detta arbete, där en serie av materialen var spinnbelades mellan ett ledande substrat och ett termiskt indunstades metallkontakt (Figur 1). De mesoporösa TiOa 2 lager behandlades med TiCl4, som rapporteras att passivera ytan fällor och att förbättra kommunikationen mellan elektrontransportskiktet och absorptionsmaterialet 21, 22. Perovskit skiktet avsattes sedan med användning av en sekventiell två-stegs avsättningsteknik. Den full konvertering av bly halid i perovskit i det andra steget är avgörande för att uppnå den högsta ljusabsorptionen 16, 17, och vi visade att den envärda katjonen halogenlampor tillsatser (t.ex. Nal och CuBr) resulterar i en fullständig omvandling. Vidare fullständig täckning av det mesoporösa titandioxidskiktet w: te perovskiten överskiktet är avgörande för att eliminera potentiell rekombination mellan håltransportskiktet (t.ex. Spiro OMETAD) och elektrontransportskikt (t.ex., mesoporösa TiOa 2) 23. Vi visat att tillsats av den envärda katjonen halider (t.ex., Cul och Agi) kan förbättra yttäckningen av perovskiten capping skiktet, vilket leder till en högre öppen kretsspänning för enheten.
Den största fördelen med vår metod är dopningssteget, där vi införlivade monovalenta katjoner i CH 3 NH 3 PBI tre struktur för att förbättra tätheten av avgifter, laddningstransport, och ledningsförmågan hos absorbentskiktet. Som framgår av föregående avsnitt, de tidigare nämnda dopningsmedel förbättras avsevärt både elektronen och hålet rörligheter. Dessutom har en anmärkningsvärd minskning i laddningstransportaktiveringsenergin, såväl som i den energiska sjukdom i perovskiTe-filmen, uppnåddes genom monovalent katjon dopning.
I detta arbete har vi visat ett förfarande för att dopa CH 3 NH 3 PBI 3 som ett absorbentskikt i mesoskopisk perovskit solcell struktur. Monovalent katjon halogenider användes för att avstämma de morfologiska, optiska, och elektriska egenskaperna hos CH 3 NH 3 PBI 3 perovskit filmen för att förbättra den fotogalvaniska prestanda. Därför införlivade vi tre olika monovalenta katjoner (dvs Na +, Cu + och Ag +), som har liknande joniska radier till Pb 2+, i täten källa i den sekventiella två steg avsättning av CH 3 NH3 PBI 3 . Som ett resultat, en anmärkningsvärd förbättring i de strukturella och optoelektroniska egenskaper CH 3 NH 3 PBI 3 inträffade i närvaro av dessa tillsatser, vilket leder till högre PCES för de tillverkade solceller. Därför vårt arbete highlights ett enkelt sätt för dopning av CH 3 NH 3 PBI 3 som ett absorbentskikt, som kan användas i alla andra konfigurationer av perovskit solceller (t.ex. plana arkitektur) i syfte att ytterligare förbättra den elektroniska kvaliteten hos perovskit tunna filmer.
Uppgifterna bakom denna papper finns på: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.
Acknowledgments
M. Abdi-Jalebi tack Nava Technology Limited för en PhD stipendium. MI Dar och M.Grätzel tacka King Abdulaziz City för vetenskap och teknik (KACST) och Swiss National Science Foundation (SNSF) för finansiellt stöd. Författarna vill tacka Dr Pierre Mettraux i molekylär och hybridmaterial Characterization Center, EPFL för att utföra mätningarna XPS. A.Sadhanala erkänner tacksamt ekonomiskt stöd från Indo-UK APEX-projektet. SP Senanayak erkänner Royal Society London för Newton Fellowship. RH vän, M. Abdi-Jalebi, och A. Sadhanala vill erkänna det stöd från EPSRC.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass | Sigma-Aldrich | 735264-1EA | Resistivity≈13 Ω/sq |
| Zinc powder | Sigma-Aldrich | 96454 | Molecular Weight 65.39 |
| Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 84415 | ≥37 wt. % |
| Hellmanex detergent | Sigma-Aldrich | Z805939-1EA | pkg of 1 L |
| Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) | Sigma-Aldrich | 325252 | 75 wt. % in isopropanol |
| Titania Paste | DYESOL | MS002300 | 30 NR-D Transparent Titania Paste |
| Lead(II) iodide | Sigma-Aldrich | 211168 | 99 wt. % |
| N,N-Dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 437573 | ACS reagent, ≥99.8% |
| Methylammonium iodide | DYESOL | MS101000 | Powder |
| SpiroMeOTAD | Sigma-Aldrich | 792071 | 99% (HPLC) |
| Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt | Sigma-Aldrich | 544094 | 99.95% trace metals basis |
| 4-tert-Butylpyridine | Sigma-Aldrich | 142379 | Purity: 96% |
| Chlorobenzene | Sigma-Aldrich | 284513 | anhydrous, 99.8% |
| 2-Propanol (IPA) | Sigma-Aldrich | 278475 | anhydrous, 99.5% |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 2860 | absolute alcohol, without additive, ≥99.8% |
References
- Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., Sinke, W. C. Photovoltaic materials - present efficiencies and future challenges. Science. 352, 307 (2016).
- Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. The emergence of perovskite solar cells. Nat. Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).
- Stranks, S. D., Snaith, H. J. Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices. Nat. Nanotechnol. 10 (5), 391-402 (2015).
- Snaith, H. H. J. Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells. The J. Phys. Chem. Lett. 4 (21), 3623-3630 (2013).
- Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. J. Am. Chem. Soc. 131 (17), 6050-6051 (2009).
- Kim, H. S., et al. Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%. Sci. rep. 2, 591 (2012).
- Jeon, N. J., et al. Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells. Nature. 517 (7535), 476-480 (2014).
- Li, X., et al. A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells. Science. 353 (6294), 58-62 (2016).
- Manser, J. S., Kamat, P. V. Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites. Nat. Photonics. 8 (9), 737-743 (2014).
- Xing, G., et al. Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3. Science. 342 (6156), 344-347 (2013).
- Stranks, S. D., et al. Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber. Science. 342 (6156), 341-344 (2013).
- Pazos-Outon, L. M., et al. Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells. Science. 351 (6280), 1430-1433 (2016).
- Saliba, M., et al. Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency. Energy Environ. Sci. 9 (6), (2016).
- Pellet, N., et al. Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting. Angew. Chemie - Int. Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).
- Hao, F., Stoumpos, C. C., Chang, R. P. H., Kanatzidis, M. G. Anomalous band gap behavior in mixed Sn and Pb perovskites enables broadening of absorption spectrum in solar cells. J. Am. Chem. Soc. 136 (22), 8094-8099 (2014).
- Dar, M. I., Abdi-Jalebi, M., Arora, N., Grätzel, M., Nazeeruddin, M. K. Growth Engineering of CH 3 NH 3 PbI 3 Structures for High-Efficiency Solar Cells. Adv. Energy Mater. 6 (2), 1501358 (2016).
- Ibrahim Dar, M., et al. Understanding the Impact of Bromide on the Photovoltaic Performance of CH3 NH3 PbI3 Solar Cells. Adv. Mater. 27 (44), 7221-7228 (2015).
- Abdi-Jalebi, M., et al. Impact of Monovalent Cation Halide Additives on the Structural and Optoelectronic Properties of CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite. Adv. Energy Mater. 6 (10), 1502472 (2016).
- Yin, W. J., Shi, T., Yan, Y. Unusual defect physics in CH3NH3PbI3 perovskite solar cell absorber. Appl. Phys. Lett. 104 (6), 063903/1-063903/4 (2014).
- Agiorgousis, M. L., Sun, Y. Y., Zeng, H., Zhang, S. Strong Covalency-Induced Recombination Centers in Perovskite Solar Cell Material CH 3 NH 3 PbI 3. J. Am. Chem. Soc. 136 (41), 14570-14575 (2014).
- Andaji Garmaroudi, Z., Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R. A facile low temperature route to deposit TiO2 scattering layer for efficient dye-sensitized solar cells. RSC Adv. 6 (75), (2016).
- Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R., Fray, D. J. Double-Layer TiO2 Electrodes with Controlled Phase Composition and Morphology for Efficient Light Management in Dye-Sensitized Solar Cells. J. of Clust. Sci. 25 (4), 1029-1045 (2014).
- Abdi-Jalebi, M., et al. Impact of a Mesoporous Titania-Perovskite Interface on the Performance of Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells. The J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), 3264-3269 (2016).
