M. Abdi-Jalebi graças Nava Technology Limited para uma bolsa de doutorado. MI Dar e M.Grätzel agradecer ao Abdulaziz City King para a Ciência e Tecnologia (KACST) eo Swiss National Science Foundation (SNSF) pelo apoio financeiro. Os autores gostariam de agradecer ao Dr. Pierre Mettraux na Molecular e Híbrido Caracterização de Materiais Center, EPFL para a realização das medições XPS. A.Sadhanala agradece o apoio financeiro do projeto Indo-UK APEX. SP Senanayak reconhece a Real Sociedade de Londres para o Newton Fellowship. RH amigo, M. Abdi-Jalebi, e A. Sadhanala gostaria de agradecer o apoio do EPSRC.

1. síntese e deposição de Pristine e de base Aditivo CH 3 NH 3 PBI 3 NOTA: Todas as soluções foram preparadas dentro de uma caixa de luvas de argônio sob condições de humidade e controlada de oxigênio (H 2 O nível: &lt;1 ppm e O nível 2: &lt;10 ppm). <ol><li> Dissolve-se 553 mg (1,2 M) de PBI 2 em 1 mL de N, N-dimetilformamida (DMF), sob agitação constante a 80 ° C. </li><li> Adicione 0,02 M de halogenetos de catião monovalente se à solução 2 PBI. </li><li> Spin-revestimento transparente a solução amarela resultante sobre o substrato (por exemplo, mesoporosa-TiO2) durante 30 segundos a 6500 rpm, com uma rampa de 4.000 rpm. </li><li> Coza os filmes sobre uma placa quente a 80 ° C durante 30 min. </li><li> Dissolve-se 40 mg de iodeto de metilamio (AMI) em 5 mL de isopropanol. </li><li> Spin-revestimento uma quantidade suficiente de solução de MAI para os filmes de iodeto de chumbo resultantes usando um PROTOC de dois passosol que inclui 45 s de tempo de carregamento seguido por 20 segundos de fiação a 4.000 rpm. </li><li> Emparelhar as películas de perovskite revestidos por centrifugação sobre uma placa quente a 100 ° C durante 45 min. </li></ol> 2. Fabricação da célula solar <ol><li> preparação do substrato <ol><li> Padrão de óxido de estanho dopado com flúor (FTO) de vidro -Revestido. <ol><li> Cubra a área ativa do vidro FTO com fita adesiva semitransparente. </li><li> Despeje o pó de zinco (Zn) sobre as áreas descobertas dos substratos FTO. </li><li> Preparar 2 M de ácido clorídrico (HCl) em água destilada. </li><li> Verter a solução de HCl para a parte do vidro FTO que é coberta com Zn em pó. </li><li> Lava-se a FTO com água e remover a fita. </li></ol></li><li> Limpeza dos substratos <ol><li> Lava-se a vidro FTO usando 2% (w / v) de detergente. </li><li> Sonicar os substratos FTO gravado em acetona e isopropanol (IPA) durante 10 min. </li><li> Tratar os substratos com uma FTO ULTRAViolet / S 3 aspirador durante 15 min. </li></ol></li></ol></li><li> Deposição de uma camada de bloqueio furo <ol><li> Adicionar 0,6 mL de cloreto de bis (acetilacetonato de titânio diisopropoxide) (TAA) em 7 mL de IPA. </li><li> Coloque os substratos FTO limpas e estampados numa placa de aquecimento a 450 ° C e cobrir a área de contato antes do aquecimento. </li><li> Pulverizar a solução pirólise TAA para a área descoberta usando O2 como gás de transporte. </li><li> Deixar as amostras a 450 ° C durante 30 min. </li></ol></li><li> Deposição de uma camada de transporte de elétrons <ol><li> Dilui-se a pasta de TiO2 comercial (de 30 nm de tamanho de partícula) com etanol (2: 7, razão em peso). </li><li> Homogeneizar a diluição de TiO 2 por sonicação durante 30 min. </li><li> Spin-revestimento a diluição de titânia para as amostras preparadas com compactos TiO 2 camadas durante 30 segundos a 5000 rpm, com uma rampa de 2.000 rpm. </li><li> Recozer os filmes de titânio a 500 ° C durante 30min. </li><li> Tratar as resultantes mesoporosos TiO 2 filmes em uma solução 40 mM de TiCl4 em água destilada a 70 ° C durante 20 min. </li><li> Emparelhar as TiCl4 películas tenha sido tratada com a 450 ° C durante 30 min. </li></ol></li><li> A deposição da camada de tipo perovskite NOTA: Os substratos FTO com camadas de óxido de titânio foram transferidos para uma caixa de ar seco com uma humidade de &lt;1% para o resto do processo de fabrico. <ol><li> Spin-revestir as soluções preparadas iodeto de chumbo (com e sem dopantes) na mesoporosa TiO 2 durante 30 segundos a 6500 rpm, com uma rampa de 4.000 rpm. </li><li> Coza os filmes sobre uma placa quente a 80 ° C durante 30 min. </li><li> Spin-revestimento uma quantidade suficiente de solução de MAI para os filmes resultantes iodeto de chumbo, usando um protocolo de dois passos, que inclui 45 s de tempo de carga seguida por centrifugação durante 20 s a 4000 rpm, com uma rampa de 2.000 rpm. </li><li> Emparelhar as películas de perovskite revestidos por rotação em um hotplaTE a 100 ° C durante 45 min. </li></ol></li><li> A deposição da camada de transporte buraco <ol><li> Adicionar 72,3 mg de espiro-OMeTAD a 1 mL de clorobenzeno e agitar até que a solução torna-se transparente. </li><li> Adicione uma solução estoque de cloreto de bis (trifluorometilsulfonilo) imida (LiTFSI) por adição de 520 mg de LiTFSI em acetonitrilo. </li><li> Adicionar 17.5 ul de solução-mãe de LiTFSI e 28,8 mL de 4- terc-butilpiridina (TBP) à solução de espiro-OMeTAD. </li><li> Girar-revestir a solução acima durante 30 segundos a 4000 rpm, com uma rampa de 2.000 rpm. </li></ol></li><li> Evaporação térmica do contato topo <ol><li> Mascarar as amostras e colocá-los na câmara de vácuo do evaporador. </li><li> Evapora-se 80 nm de ouro, a uma taxa de 0,01 nm / s. </li></ol></li></ol>

<ol>
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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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. 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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. 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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. 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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.

A arquitectura típica de células solares de perovskite mesoscópicos foi utilizada neste trabalho, em que uma série de materiais eram entre um substrato condutor e um contacto metálico termicamente evaporado (Figura 1) revestido por centrifugação. Os mesoporosos TiO 2 camadas foram tratados com TiCl4, o que é relatado para passivar as armadilhas de superfície e para melhorar a interface entre a camada de transporte de electrões e o material absorvente 21, 22. A camada de tipo perovskite, em seguida, foi depositado utilizando uma técnica de deposição de duas etapas sequenciais. A conversão total de halogeneto de chumbo em perovskita no segundo passo é essencial para alcançar a maior absorção de luz 16, 17, e que mostraram que os aditivos de haleto de catião monovalente (por exemplo, NaI e CuBr) resulta numa conversão completa. Além disso, a cobertura completa da camada de óxido de titânio W mesoporosaom a perovsquita sobre-camada é vital para eliminar o potencial de recombinação entre a camada de transporte furo (por exemplo, Spiro OMETAD) e a camada de transporte de electrões (por exemplo, TiO2 de porosidade intermédia) 23. Nós ilustrado que a adição de halogenetos de catiões monovalentes (por exemplo, CuI e AGI) pode melhorar a cobertura da superfície da camada de perovskita de nivelamento, o que leva a uma maior tensão de circuito aberto para o dispositivo. A principal vantagem do nosso método é o passo de dopagem, em que incorporada catiões monovalentes para a estrutura CH 3 NH 3 PBI 3 para melhorar a densidade de cargas, o transporte de carga, e a condutividade da camada absorvente. Como foi dito na seção anterior, os dopantes acima mencionados aumentou significativamente tanto o elétron e as mobilidades buracos. Além disso, uma diminuição notável na energia de activação de transporte de carga, bem como na desordem energético dos perovskifilme te, foi alcançado por doping cátion monovalente. Neste trabalho, nós demonstramos um método para dopar CH3 NH 3 3 PBI como uma camada absorvente no mesoscopic perovskita estrutura da célula solar. Halogenetos monovalentes catiões foram usadas para sintonizar as propriedades morfológicas, ópticos, eléctricos e de CH 3 NH 3 PBI 3 perovskita filme, a fim de melhorar o desempenho fotovoltaica. Portanto, incorporou três diferentes catiões monovalentes (isto é, Na +, Cu +, e Ag +), que têm raios iónicos semelhante ao Pb 2+, na fonte de chumbo na deposição sequencial de dois passos de CH 3 NH 3 3 PBI . Como resultado, uma notável melhoria nas propriedades estruturais e optoelectrónicos de CH 3 NH 3 PBI 3 ocorreu na presença desses aditivos, levando a PCEs mais elevados para as células solares fabricadas. Portanto, o nosso oi trabalhoghlights um modo fácil de dopagem CH 3 NH 3 3 PBI como uma camada absorvente, que pode ser utilizado em todas as outras configurações de células solares de perovskite (por exemplo, arquitectura plana), a fim de melhorar ainda mais a qualidade electrónica de películas finas de perovskite. Os dados subjacentes a este papel estão disponíveis em: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.

Atualmente, a parte dominante da exigência de energia do mundo (ou seja, 85%) está sendo fornecida pela combustão de petróleo, carvão e gás natural, o que facilita o aquecimento global e tem efeitos deletérios sobre o nosso ambiente 1. Por conseguinte, o desenvolvimento de CO 2 fontes -neutral de energia é de interesse primordial. A energia fotovoltaica (PV) é um processo de conversão de energia ideal que pode atender a essa exigência. No entanto, o custo e eficiência, como os principais obstáculos à ampla adoção da tecnologia de PV, deve ser melhorado. Emergentes tecnologias de PV à base de novos materiais, tais como células solares de perovskite (PSC), têm a combinação de menor custo e maior eficácia. Isto é conseguido através da utilização de materiais baratos que estão prontamente disponíveis, bem como por meio rápido, fácil e rotas de processamento de baixo consumo de energia em comparação com contrapartidas à base de silício 2, 3,4. A notável melhoria na eficiência de conversão de energia (PCE), de 3,8% para mais de 22%, foi relatado para orgânico-inorgânico perovskita iodetos chumbo híbridos desde a sua primeira aparição na arquitetura PV 5, 6, 7, 8. Tal desempenho excelente origina-se da forte absorção de luz com uma banda de ponta extremamente afiada, a muito baixo distúrbio energético, os excitons fracamente ligados, que facilmente se dissociam em portadores livres com grandes comprimentos de difusão, ea capacidade de reciclagem de fótons de híbrido orgânico-inorgânico haleto de chumbo perovskita 9, 10, 11, 12. Estes materiais são classificados na família de perovskite, os quais são cristalizado a partir de sais de halogeneto e iodetos metálicos orgânicos para formar cristais na ABX 3 </sub&gt; Estrutura, em que X é um anião e A e B são os catiões de tamanhos diferentes (A a ser maior do que B). cátions relatado para a Um site incluem metilamï¿½io (MA), formamidínio (FA), e césio (Cs); uma combinação desses catiões mostra o desempenho mais elevado 13, 14. Além disso, o candidato principal para o catião bivalente no local B é o chumbo, o qual pode ser substituído por estanho; o bandgap pode ser sucesso vermelho-deslocou-se para mais de 1.000 nm em um lead-lata misturada perovskita 15. Da mesma forma, os ocupantes do local X têm sido estudadas extensivamente, em que uma mistura de iodeto (I) e brometo (Br) foram introduzidos como os principais candidatos 16, 17. Portanto, é altamente plausível para manipular as propriedades estruturais, morfológicas e optoelectrónicos de perovskitas, alterando a sua composição química. Apesar do facto de o cristal melhoradaqualidade lline ea uniformidade macroscópica do filme perovskita são parâmetros essenciais para alcançar dispositivos eficientes 18, o impacto dos limites entre os domínios policristalinos, a origem eo papel dos defeitos eletrônicos nos amortecedores perovskita, eo papel das camadas de recolha de carga em cima processos de perda de células solares perovskita ainda não são bem compreendidos. Quanto à natureza dos defeitos electrónicos na estrutura perovskita, foi relatado que muitos dos defeitos, tais como I ou Pb vagas, resultar em estados que estão muito perto ou dentro do continuum de estados nas bandas de condução e de valência, que pode ter um impacto negativo sobre a electrónica os dispositivos fotovoltaicos 19. Além disso, uma forte interacção covalente entre catiões e aniões iodeto de chumbo no plano perovskita pode levar à existência de defeitos intrínsecos (por exemplo, sub-coordenado dímeros de PB e I trímeros), o que poderia create locais dentro da banda de ponta, que actuam como centros de carga de recombinação durante o funcionamento do dispositivo 20. Aqui, nós investigamos o impacto do doping CH 3 NH 3 PBI 3 perovskita com haletos de cátions monovalentes, incluindo Na +, Cu + e Ag +, iões de metais de menor valência do que Pb 2+. Por conseguinte, incorporar estes catiões através da adição de uma quantidade racional dos seus sais à base de halogeneto (por exemplo, Nal, CuBr, Cul, e AGI) na solução de precursor de perovskita. Estes catiões têm raios iónicos semelhante ao Pb 2+, de modo a dopagem de substituição dentro do cristal é provável. Mostrámos que a presença destes catiões fortemente afeta tanto a morfologia e a cobertura da camada de tipo perovskite. Além disso, a presença destes catiões (por exemplo, Na + e Ag +) foi confirmada por espectroscopia de fotoelectrão de raios-X (XPS), e um significanmudança t no nível de Fermi da perovskita foi medida por microscopia de força sonda Kelvin (KPFM). Ao incorporar essas cátions em células solares perovskita sequencialmente depositadas, obtivemos uma melhoria na eficiência fotovoltaica do PSC (15,6% compara com 14%). Portanto, é muito importante para melhorar as propriedades estruturais e optoelectrónicos da camada absorvente (por exemplo, perovskita) na arquitectura da célula solar para maximizar o transporte de carga e para passivar as armadilhas de superfície, a fim de alcançar o melhor desempenho 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

Aqui, demonstramos a incorporação de aditivos catião monovalente em CH 3 NH 3 PBI 3 perovskita, a fim de ajustar a óptica, excitônicas, e propriedades eléctricas. A possibilidade de dopagem foi investigada pela adição de halogenetos de catião monovalente com raios iónicos semelhante ao Pb 2+, incluindo Cu +, Na +, e Ag +. Uma mudança no nível de Fermi e uma diminuição notável da sub-banda proibida de absorção óptica, juntamente com um distúrbio inferior energético na perovskita, foi conseguida. Um aprimoramento ordem de grandeza na mobilidade buraco granel e uma redução significativa da energia de ativação de transporte dentro de um dispositivo de perovskita baseada aditivo foi atingido. A confluência das propriedades melhoradas anteriormente mencionadas na presença destes catiões levou a um melhoramento nos parâmetros fotovoltaicos da célula solar perovskita. Um aumento de 70 mV na tensão de circuito aberto para Agi e a 2 mA / cm 2 improvement na densidade fotocorrente para células solares baseados em CuBr NaI- e foram alcançados em comparação com o dispositivo intocada. Nosso trabalho abre caminho para novas melhorias na qualidade optoeletrônicos de CH 3 NH 3 PBI 3 perovskita e dispositivos subseqüentes. Ele destaca um novo caminho para investigações sobre o papel das impurezas dopantes em cristalização e controla a densidade de defeitos eletrônicos em estruturas perovskita.

A microscopia electrónica de varrimento de emissão de campo (FESEM) foi utilizado para registar as duas imagens em corte transversal de as células solares fabricadas de perovskite (Figura 1) e vista de topo das imagens depositados PBI 2 e CH 3 NH 3 PBI 3 películas (Figura 2). Difracção de raios-X (DRX) e espectroscopia de fotoelectrão de raios-X (XPS) foram utilizados para caracterizar as propriedades estruturais dos filmes de perovskite (Figuras 3 e 4). Espectroscopia fototérmica deflexão (PDS) e microscopia de força sonda Kelvin (KPFM) foram usados para sondar as propriedades ópticas e elétricas dos filmes perovskita, respectivamente (Figuras 5 e 6). Além disso, as medições de transporte de grandes quantidades dependentes de temperatura com base na corrente de carga espacial limitado (SCLC) foi realizada sobre os dispositivos de perovskite (Figura 7). Finalmente, um padrão photovoltaIC medição dos dispositivos fabricados foi realizado (Figura 8 e Tabela 1). Com base no superior vista imagens SEM do PBI 2 e CH 3 NH 3 PBI 3 depositado sobre o mesoporosa TiO 2 camada (MP-TiO 2) mostrado na Figura 2, o efeito dos aditivos sobre a morfologia de perovskita foi ilustrado onde grandes cristais em forma de ramo de PBI 2 foram realizados na amostra de base Nal. Isto levou à formação de grandes cristais assimétricos de perovskita. Além disso, obteve-se uma camada uniforme e perovskita pinhole livre de nivelamento para as amostras baseadas em Agi CuI- e (Figura 2c e 2e). Para investigar o efeito dos aditivos de haleto de catião monovalente sobre a estrutura de cristal de CH 3 NH 3 PBI 3, e na conversão de PBI 2 em CH 3 NH 3 PBI3 de difracção de raios X foi realizada (Figura 3). Embora a estrutura cristalina da perovsquita final ficou a mesma para todas as amostras, é evidente que o pico de difracção a 2θ = 12,6, que corresponde à não convertido PBI 2, foi eliminado na presença de Nal e CuBr aditivos. A fim de confirmar a presença destes catiões monovalentes no CH 3 NH 3 PBI 3 filmes de perovskite, foi realizada uma análise XPS, como mostrado na Figura 4. Na base dos dados de XPS, que demonstrou a presença de iões Na e Ag no interior das películas de perovskite, enquanto que a concentração de Cu não pode ser estimado, provavelmente devido à proximidade de iodeto (I 3P1 / 2) e cobre (Cu 2p1 / 2) picos. O efeito dos aditivos de catião monovalente sobre o espectro de absorção da perovsquita é mostrado na Figura 5A, que foi medida pelo PDS.É evidente que o CH3-aditivo com base NH3 PBI 3 teve menor absorção de sub-banda proibida em comparação com a amostra intocada. Além disso, observou-se uma cauda de absorção de amostras baseadas em Cu, que se originou a partir da absorção intrínseca de halogeneto de cobre (Figura 5b). Embora a cauda absorção confirma a presença de catiões de Cu nos filmes finais de perovskite, é evidente, a partir da comparação entre o PDS de PBI 2 e CH 3 NH 3 PBI 3, que a sua incorporação não é completo à base de Cul. Além disso, a energia Urbach (UE), que é uma medida do grau de desordem energético de um material, foi estimada por primitivo, com base perovskita-agi NaI-, CuBr-, CuI-, e, e os valores são 15,6, 11,8, 12,8, 13,5, e 15,2 meV, respectivamente (inserção da Figura 5a). Para explorar a influência dos aditivos acima mencionados na Electrestrutura ONIC de CH 3 NH 3 PBI 3, foi realizada KPFM, onde foi medida a diferença de potencial de contato (CPD) dos perfis de linha. Isto corresponde à função de trabalho de superfície (Φ) do perovskita mostrado na Figura 6. Uma mudança clara em CPD (isto é, 0,1 V) de aditivo à base de perovskite em comparação com a um intocada mostra que o nível de Fermi perovskita é deslocado para a banda de valência. Esta modificação do nível de Fermi de perovskita pode ser atribuída ou p-dopagem de substituição (por exemplo, a substituição de Pb 2+ com catiões monovalentes X +) ou passivação superficial com as superfícies cristalinas de perovskita. Para investigar o efeito de dopagem na densidade das cargas e das suas propriedades de transporte em CH 3 NH 3 PBI 3, foram realizadas medidas de transporte a granel dependentes da temperatura (Figura 7a </strong&gt;). Em seguida, estimou a mobilidade graneleiro (μ SCL) com base na carga espaço limitado atual (SCLC) do elétron completa e dispositivos perovskita baseados no aditivo buraco somente intocada e. Um notável aumento na condutividade e em ambos as mobilidades de elétrons e buracos foram alcançados, particularmente para as amostras Nal e CuBr em comparação com perovskita pura (Tabela 1). É de notar que a melhoria na mobilidade de carga e condutividade são consistentes com o aumento na corrente de curto circuito (J SC) e factor de preenchimento (FF) das células solares fabricadas mostrados na Figura 7b. Além disso, estimou-se a energia de ativação para o transporte de carga (E A) tanto para o elétron eo buraco usando medidas de transporte a granel dependentes da temperatura, onde uma diminuição clara foi alcançada para perovskita à base de aditivos. Este melhoramento é atribuído à maior densidade de portadores devido a dopagem e po de enchimentoarmadilhas de transporte e, o que resulta em um declínio significativo na barreira de transporte. Nós células solares fabricadas perovskite com base nos acima mencionados haletos de catião monovalente, as correspondentes curvas de JV, e os parâmetros fotovoltaicos, que são resumidos na Figura 8a e a Tabela 1. Uma melhoria significativa na tensão de circuito aberto foi alcançada tanto para CuI- (0,99 V) e forte agitação (1,02 V) células solares por causa da cobertura de superfície ideal base (Figura 2c e 2e). Além disso, um aumento notável na corrente de curto circuito (≈2 mA cm-2) para CuBr- e células solares baseadas-Nal foi atingido, o que pode ser atribuído para a conversão completa de 2 PBI em CH 3 NH 3 PBI 3. Esta melhoria foi confirmada pelos espectros de incidente a eficiência da conversão do fotão em corrente (IPCE) mostrado na Figura 8b. Por fim, hde grau superior eficiência de conversão de energia (PCE) níveis de 15,2%, 15,6% e 15,3% foram alcançados para NaI-, CuBr-, e dispositivos baseados em Cui, respectivamente, comparar com o valor de 14,0% para a célula solar perovskita intocada. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> Figura 1: Arquitetura da célula solar perovskita Mesoscópica. Micrografia SEM em corte transversal de um dispositivo completo, com a seguinte estrutura: FTO / compacta-TiO 2 / mesoporoso-TiO 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / Spiro-OMeTAD / Au. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> Figura 2: A análise morfológica de iodeto de chumbo e estruturas perovskita. Parte-vista SEM imagens de PBI 2 (lado esquerdo) e CH 3 NH 3 PBI 3 (lado direito) estruturas: (a) como novo, ( <st<html> Rong&gt; b) CuBr-, (c) CuI-, (d) NaI-, e (E) amostras de perovskite baseada Agi depositados sobre um TiO2 de porosidade intermédia -Revestido FTO. Esta figura foi reproduzida de referência 18. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> Figura 3: Efeito de aditivos de haleto de catião monovalente na cristalinidade perovskita. Difracção de raios X Os espectros de intocada e à base de aditivo CH3 NH 3 PBI 3 perovskita que é cultivado em filme mesoporoso TiO 2, que é depositado no vidro do FTO-revestido. Esta figura foi reproduzida de referência 18.t = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> Figura 4: Traço de cátions monovalentes na CH 3 NH 3 PBI 3 estrutura perovskita. análise XPS de filmes, perovskita baseados em Agi CuBr-, CuI-, NaI- e imaculadas. Esta figura foi reproduzida de referência 18. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> Figura 5: Propriedades ópticas de filmes perovskita. (A) Os espectros de absorção de filmes de perovskite derivados de fontes puras e chumbo à base de aditivos medido usando a técnica do PDS. oinserção mostra os correspondentes energias Urbach para todas as amostras. A barra de erro é definido pela SD na montagem da cauda Urbach. (B) Comparação do PDS espectros de absorção de películas puras e iodeto de chumbo à base de CuBr e perovskite, bem como CuBr depositado em MS-TiO 2 e CuBr-únicos filmes. Esta figura foi reproduzida de referência 18. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> Figura 6: Efeito de aditivos catião monovalente sobre o potencial de superfície de películas de perovskite. perfis de linha CPD gravadas de filmes perovskita puras e baseada em aditivos usando KPFM. A imagem topografia AFM é mostrado no topo. Esta figura foi reproduzida de referência 18<html> . <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> Figura 7: características de transporte de carga de filmes perovskita. (A) características do JV de dispositivos só buracos (ITO / PEDOT: PSS / Perovskita / UA), utilizados para estimar a mobilidade buraco SCLC. Note-se que a densidade de corrente (J) é dimensionado com a espessura das camadas de perovskite. (B) As tendências do sc J, u h, e μ e para a perovskita pura e baseada em aditivos. Esta figura foi reproduzida de referência 18. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> t &quot;fo: manter-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> Figura 8: As características de desempenho da fotovoltaica. (A) características corrente-tensão de dispositivos sob uma iluminação de 100 mW / cm 2, obtida usando diferentes tipos de haletos de catião monovalente adicionados à solução de fonte de chumbo. (B) eficiência de Incidentes fotão em corrente (IPCE) espectros em função do comprimento de onda da luz monocromática para as células intactas perovskite, baseados-agi CuBr-, CuI-, NaI-, e solares. Esta figura foi reproduzida de referência 18. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Tipo de Amostra </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 UM h </td></tr><tr><td></td><td> (mA cm-2) </td><td> (V) </td><td></td><td> (%) </td><td> (cm2 / Vs) </td><td> (cm2 / Vs) </td><td> (MeV) </td><td> (MeV) </td></tr><tr><td> primitivo </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> Cul </td><td> 21.81 </td><td> 0.99 </td><td> 0,71 </td><td> 15.25 </td><td> 0,02 </td><td> 0,036 </td><td> 94 </td><td> 157 </td></tr><tr><td> Nal </td><td> 22.97 </td><td> 0,9 </td><td> 0,73 </td><td> 15.14 </td><td> 0,04 </td><td> 0,07 </td><td> 77 </td><td> 137 </td></tr><tr><td> Agi </td><td> 19.24 </td><td> 1,02 </td><td> 0,72 </td><td> 14.18 </td><td> 0,005 </td><td> 0,006 </td><td> 105 </td><td> 177 </td></tr></tbody></table> Tabela 1: fotovoltaicas e de transporte de carga parâmetros do PSC. Resumo dos parâmetros fotovoltaicos derivados de medições JV e mobilidades de débito, juntamente com a energia de activação para as células solares cristalinas perovskita e baseados em aditivos que mostram o melhor desempenho e foram fabricated usando o método de deposição de duas etapas. É notável que as estatísticas dos parâmetros fotovoltaicos seguir a mesma tendência que os melhores dispositivos desempenho. Esta tabela foi reproduzida de referência 18.

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Aqui, apresentamos um protocolo para ajustar as propriedades de CH-processados solução de 3 NH 3 PBI 3 através da incorporação de aditivos de cátions monovalentes, a fim de conseguir células solares perovskita altamente eficientes.

Monovalente Cation Doping de CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; For eficientes células solares Perovskita

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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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

16.5K visualizações.  University of Cambridge.  Aqui, apresentamos um protocolo para ajustar as propriedades de CH-processados solução de 3 NH 3 PBI 3 através da incorporação de aditivos de cátions monovalentes, a fim de conseguir células solares perovskita altamente eficientes. 

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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.

Silício policristalino de película fina de células solares com plasmonic avançada Luz-caça com armadilhas

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

Engenharia

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.

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.

Método ambiente para a produção de um Common Cathode ionicamente fechado de Nanotubos de Carbono em Células solares orgânicas Tandem

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%.

Fazendo Record-eficiência SnS Células solares por evaporação térmica e Deposição Camada Atómica

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.

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

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.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caracterização

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%.

Impressão digital de dióxido de titânio para células solares Dye sensibilizados

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.

Electrospinning de eletrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por corante

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 Monitoramento da degradação desempenho acelerado de células solares e módulos: um estudo de caso de Cu (In, Ga) Se2 células solares

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%.

Bem alinhados verticalmente orientado ZnO Nanorod matrizes e sua aplicação em invertida pequena molécula células solares

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