Enhancing the Efficiency and Stability of Tin-Lead Perovskite Solar Cells via Sodium Hydroxide Dedoping of PEDOT:PSS.
charge carrier recombination
doping
narrow‐bandgap perovskite
pedot:pss
sn‐pb perovskite
Journal
Small methods
ISSN: 2366-9608
Titre abrégé: Small Methods
Pays: Germany
ID NLM: 101724536
Informations de publication
Date de publication:
18 Apr 2024
18 Apr 2024
Historique:
revised:
09
04
2024
received:
01
04
2024
medline:
18
4
2024
pubmed:
18
4
2024
entrez:
18
4
2024
Statut:
aheadofprint
Résumé
Tin-lead (Sn-Pb) perovskite solar cells (PSCs) have gained interest as candidates for the bottom cell of all-perovskite tandem solar cells due to their broad absorption of the solar spectrum. A notable challenge arises from the prevalent use of the hole transport layer, PEDOT:PSS, known for its inherently high doping level. This high doping level can lead to interfacial recombination, imposing a significant limitation on efficiency. Herein, NaOH is used to dedope PEDOT:PSS, with the aim of enhancing the efficiency of Sn-Pb PSCs. Secondary ion mass spectrometer profiles indicate that sodium ions diffuse into the perovskite layer, improving its crystallinity and enlarging its grains. Comprehensive evaluations, including photoluminescence and nanosecond transient absorption spectroscopy, confirm that dedoping significantly reduces interfacial recombination, resulting in an open-circuit voltage as high as 0.90 V. Additionally, dedoping PEDOT:PSS leads to increased shunt resistance and high fill factor up to 0.81. As a result of these improvements, the power conversion efficiency is enhanced from 19.7% to 22.6%. Utilizing NaOH to dedope PEDOT:PSS also transitions its nature from acidic to basic, enhancing stability and exhibiting less than a 7% power conversion efficiency loss after 1176 h of storage in N
Identifiants
pubmed: 38634222
doi: 10.1002/smtd.202400302
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2400302Subventions
Organisme : National Science and Technology Council
ID : 110-2222-E-005-005 -MY3
Organisme : National Science and Technology Council
ID : 112-2628-E-005 -002
Organisme : National Science and Technology Council
ID : 112-2218-E-007-020-
Organisme : Royal Society University Research Fellowship
ID : URF/R1/221834
Organisme : National Research Foundation of Korea
Organisme : Engineering and Physical Sciences Research Council
ID : EP/S030727/1
Organisme : Royal Society
ID : RF/ERE/221066
Organisme : Royal Commission for the Exhibition of 1851
Organisme : Ministry of Education
Informations de copyright
© 2024 Wiley‐VCH GmbH.
Références
J. Y. Kim, J. W. Lee, H. S. Jung, H. Shin, N. G. Park, Chem. Rev. 2020, 120, 7867.
B. Chen, P. N. Rudd, S. Yang, Y. Yuan, J. Huang, Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 3842.
J. Park, J. Kim, H. S. Yun, M. J. Paik, E. Noh, H. J. Mun, M. G. Kim, T. J. Shin, S. Il Seok, Nature 2023, 616, 724.
Q. Jiang, J. Tong, Y. Xian, R. A. Kerner, S. P. Dunfield, C. Xiao, R. A. Scheidt, D. Kuciauskas, X. Wang, M. P. Hautzinger, R. Tirawat, M. C. Beard, D. P. Fenning, J. J. Berry, B. W. Larson, Y. Yan, K. Zhu, Nature 2022, 611, 278.
X. Yang, D. Luo, Y. Xiang, L. Zhao, M. Anaya, Y. Shen, J. Wu, W. Yang, Y. H. Chiang, Y. Tu, R. Su, Q. Hu, H. Yu, G. Shao, W. Huang, T. P. Russell, Q. Gong, S. D. Stranks, W. Zhang, R. Zhu, Adv. Mater. 2021, 33, 1.
H. Zhou, Q. Chen, G. Li, S. Luo, T. Song, H.‐S. Duan, Z. Hong, J. You, Y. Liu, Y. Yang, Science 2014, 345, 542.
T. S. Sherkar, C. Momblona, L. Gil‐Escrig, J. Ávila, M. Sessolo, H. J. Bolink, L. J. A. Koster, ACS Energy Lett. 2017, 2, 1214.
T. J. Macdonald, A. J. Clancy, W. Xu, Z. Jiang, C. Lin, L. Mohan, T. Du, D. D. Tune, L. Lanzetta, G. Min, T. Webb, A. Ashoka, R. Pandya, V. Tileli, M. A. Mclachlan, J. R. Durrant, S. A. Haque, C. A. Howard, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 21549.
N. J. Jeon, J. H. Noh, W. S. Yang, Y. C. Kim, S. Ryu, J. Seo, S. Il Seok, Nature 2015, 517, 476.
K. A. Bush, K. Frohna, R. Prasanna, R. E. Beal, T. Leijtens, S. A. Swifter, M. D. McGehee, ACS Energy Lett. 2018, 3, 428.
D. Chi, S. Huang, M. Zhang, S. Mu, Y. Zhao, Y. Chen, J. You, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804603.
C. T. Lin, F. De Rossi, J. Kim, J. Baker, J. Ngiam, B. Xu, S. Pont, N. Aristidou, S. A. Haque, T. Watson, M. A. McLachlan, J. R. Durrant, J Mater Chem A Mater 2019, 7, 3006.
F. Gao, Y. Zhao, X. Zhang, J. You, Adv. Energy Mater. 2019, 1902650.
X. Zheng, B. Chen, J. Dai, Y. Fang, Y. Bai, Y. Lin, H. Wei, X. C. Zeng, J. Huang, Nat. Energy 2017, 2, 17102.
T. Du, S. R. Ratnasingham, F. U. Kosasih, T. J. Macdonald, L. Mohan, A. Augurio, H. Ahli, C. T. Lin, S. Xu, W. Xu, R. Binions, C. Ducati, J. R. Durrant, J. Briscoe, M. A. McLachlan, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101420.
T. Du, T. J. Macdonald, R. X. Yang, M. Li, Z. Jiang, L. Mohan, W. Xu, Z. Su, X. Gao, R. Whiteley, C. Lin, G. Min, S. A. Haque, J. R. Durrant, K. A. Persson, M. A. Mclachlan, J. Briscoe, Adv. Mater. 2022, 34, 2107850.
Z. Xiao, Q. Dong, C. Bi, Y. Shao, Y. Yuan, J. Huang, Adv. Mater. 2014, 26, 6503.
Y. Zhou, Z. Wang, J. Jin, X. Zhang, J. Zou, F. Yao, Z. Zhu, X. Cui, D. Zhang, Y. Yu, C. Chen, D. Zhao, Q. Cao, Q. Lin, Q. Tai, Angew. Chem. – Int. Ed. 2023, 62, e202300759.
A. Magomedov, A. Al‐Ashouri, E. Kasparavičius, S. Strazdaite, G. Niaura, M. Jošt, T. Malinauskas, S. Albrecht, V. Getautis, Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801892.
C. M. Wolff, L. Canil, C. Rehermann, N. L. Nguyen, F. Zu, M. Ralaiarisoa, P. Caprioglio, L. Fiedler, M. Stolterfoht, S. Kogikoski Jr, I. Bald, N. Koch, E. L. Unger, T. Dittrich, A. Abate, D. Neher, ACS Nano 2020, 14, 1445.
F. M. Rombach, S. A. Haque, T. J. Macdonald, Energy Environ. Sci. 2021, 14, 5161.
X. Zhou, L. Zhang, X. Wang, C. Liu, S. Chen, M. Zhang, X. Li, W. Yi, B. Xu, Adv. Mater. 2020, 32, 1908107.
S. Gu, R. Lin, Q. Han, Y. Gao, H. Tan, J. Zhu, Adv. Mater. 2020, 32, 1907392.
A. Goyal, S. McKechnie, D. Pashov, W. Tumas, M. Van Schilfgaarde, V. Stevanović, Chem. Mater. 2018, 30, 3920.
J. Wen, Y. Zhao, Z. Liu, H. Gao, R. Lin, S. Wan, C. Ji, K. Xiao, Y. Gao, Y. Tian, J. Xie, C. J. Brabec, H. Tan, Adv. Mater. 2022, 34, 2110356.
J. Tong, Z. Song, D. Hoe Kim, X. Chen, C. Chen, A. F. Palmstrom, P. F. Ndione, M. O. Reese, S. P. Dunfield, O. G. Reid, J. Liu, F. Zhang, S. P. Harvey, Z. Li, S. T. Christensen, G. Teeter, D. Zhao, M. M. Al‐Jassim, M. F. A M van Hest, M. C. Beard, S. E. Shaheen, J. J. Berry, Y. Yan, K. Zhu, Science 2019, 364, 475.
J. Tong, Q. Jiang, A. J. Ferguson, A. F. Palmstrom, X. Wang, J. Hao, S. P. Dunfield, A. E. Louks, S. P. Harvey, C. Li, H. Lu, R. M. France, S. A. Johnson, F. Zhang, M. Yang, J. F. Geisz, M. D. McGehee, M. C. Beard, Y. Yan, D. Kuciauskas, J. J. Berry, K. Zhu, Nat. Energy 2022, 7, 642.
J. Wang, M. A. Uddin, B. Chen, X. Ying, Z. Ni, Y. Zhou, M. Li, M. Wang, Z. Yu, J. Huang, Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2204115.
R. Lin, Y. Wang, Q. Lu, B. Tang, J. Li, H. Gao, Y. Gao, H. Li, C. Ding, J. Wen, P. Wu, C. Liu, S. Zhao, K. Xiao, Z. Liu, C. Ma, Y. Deng, L. Li, F. Fan, H. Tan, Nature 2023, 620, 994.
M. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidakis, K. Bothe, G. Siefer, X. Hao, Prog. Photovoltaics 2023, 31, 651.
K. Xiao, R. Lin, Q. Han, Y. Hou, Z. Qin, H. T. Nguyen, J. Wen, M. Wei, V. Yeddu, M. I. Saidaminov, Y. Gao, X. Luo, Y. Wang, H. Gao, C. Zhang, J. Xu, J. Zhu, E. H. Sargent, H. Tan, Nat. Energy 2020, 5, 870.
T. Leijtens, R. Prasanna, A. Gold‐Parker, M. F. Toney, M. D. McGehee, ACS Energy Lett. 2017, 2, 2159.
L. Lanzetta, T. Webb, N. Zibouche, X. Liang, D. Ding, G. Min, R. J. E. Westbrook, B. Gaggio, T. J. Macdonald, M. S. Islam, S. A. Haque, Nat. Commun. 2021, 12, 2853.
Q. Liu, A. Li, W. Chu, O. V. Prezhdo, W. Z. Liang, J Mater Chem A Mater 2022, 10, 234.
J. W. Lee, S. H. Bae, N. De Marco, Y. T. Hsieh, Z. Dai, Y. Yang, Mater. Today Energy 2018, 7, 149.
Y. Ma, H. Zhang, Y. Zhang, R. Hu, M. Jiang, R. Zhang, H. Lv, J. Tian, L. Chu, J. Zhang, Q. Xue, H. L. Yip, R. Xia, X. Li, W. Huang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 3044.
C. Li, Z. Song, D. Zhao, C. Xiao, B. Subedi, N. Shrestha, M. M. Junda, C. Wang, C.‐S. Jiang, M. Al‐Jassim, R. J. Ellingson, N. J. Podraza, K. Zhu, Y. Yan, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803135.
Z. Zhang, J. Liang, Y. Zheng, X. Wu, J. Wang, Y. Huang, Y. Yang, Z. Zhou, L. Wang, L. Kong, K. M. Reddy, C. Qin, C. C. Chen, J Mater Chem A Mater 2021, 9, 17830.
S. Hu, K. Otsuka, R. Murdey, T. Nakamura, M. A. Truong, T. Yamada, T. Handa, K. Matsuda, K. Nakano, A. Sato, K. Marumoto, K. Tajima, Y. Kanemitsu, A. Wakamiya, Energy Environ. Sci. 2022, 15, 2096.
H. Liu, L. Wang, R. Li, B. Shi, P. Wang, Y. Zhao, X. Zhang, ACS Energy Lett. 2021, 6, 2907.
T. J. Macdonald, L. Lanzetta, X. Liang, D. Ding, S. A. Haque, Adv. Mater. 2023, 35, 2206684.
L. Lanzetta, T. Webb, J. M. Marin‐Beloqui, T. J. Macdonald, S. A. Haque, Angew. Chem. – Int. Ed. 2023, 62, e202213.
J. P. Correa Baena, L. Steier, W. Tress, M. Saliba, S. Neutzner, T. Matsui, F. Giordano, T. J. Jacobsson, A. R. Srimath Kandada, S. M. Zakeeruddin, A. Petrozza, A. Abate, M. K. Nazeeruddin, M. Grätzel, A. Hagfeldt, Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2928.
L. Gil‐Escrig, C. Momblona, M. Sessolo, H. J. Bolink, J. Mater. Chem. A Mater. 2016, 4, 3667.
H. Hu, S. Moghadamzadeh, R. Azmi, Y. Li, M. Kaiser, J. C. Fischer, Q. Jin, J. Maibach, I. M. Hossain, U. W. Paetzold, B. A Nejand, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2107650.
G. Kapil, T. Bessho, Y. Sanehira, S. R. Sahamir, M. Chen, A. K. Baranwal, D. Liu, Y. Sono, D. Hirotani, D. Nomura, K. Nishimura, M. A. Kamarudin, Q. Shen, H. Segawa, S. Hayase, ACS Energy Lett. 2022, 7, 966.
Z. Yu, J. Wang, B. Chen, M. A. Uddin, Z. Ni, G. Yang, J. Huang, Adv. Mater. 2022, 34, 2205769.
P. Guo, J. Dong, C. Xu, Y. Yao, J. You, H. Bian, W. Zeng, G. Zhou, X. He, M. Wang, X. Zhou, M. Wang, Q. Song, J. Mater. Chem. A Mater. 2023, 11, 7246.
M. Zhang, D. Chi, J. Wang, F. Wu, S. Huang, Sol. Energy 2020, 201, 589.
M. Daboczi, I. Hamilton, S. Xu, J. Luke, S. Limbu, J. Lee, M. A. McLachlan, K. Lee, J. R. Durrant, I. D. Baikie, J. S. Kim, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 46808.
T. Du, W. Xu, M. Daboczi, J. Kim, S. Xu, C.‐T. Lin, H. Kang, K. Lee, M. J. Heeney, J.‐S. Kim, J. R. Durrant, M. A. McLachlan, J. Mater. Chem. A Mater. 2019, 7, 18971.
Y. C. Chin, M. Daboczi, C. Henderson, J. Luke, J. S. Kim, ACS Energy Lett. 2022, 7, 560.
J. Wu, H. Cha, T. Du, Y. Dong, W. Xu, C. T. Lin, J. R. Durrant, Adv. Mater. 2022, 34, 2101833.
J. Werner, T. Moot, T. A. Gossett, I. E. Gould, A. F. Palmstrom, E. J. Wolf, C. C. Boyd, M. F. A. M. Van Hest, J. M. Luther, J. J. Berry, M. D. McGehee, ACS Energy Lett. 2020, 5, 1215.
T. C. Tsai, H. C. Chang, C. H. Chen, Y. C. Huang, W. T. Whang, Org. Electron. 2014, 15, 641.
M. M. De Kok, M. Buechel, S. I. E. Vulto, P. Van De Weyer, E. A. Meulenkamp, S. H. P. M. De Winter, A. J. G. Mank, H. J. M. Vorstenbosch, C. H. L. Weijtens, V. Van Elsbergen, Physica Status Solidi A Appl. Res. 2004, 201, 1342.
T. P. A. Van Der Pol, S. T. Keene, B. W. H. Saes, S. C. J. Meskers, A. Salleo, Y. Van De Burgt, R. A. J. Janssen, J. Phys. Chem. C 2019, 123, 24328.
H. Cho, W. Cho, Y. Kim, J. G. Lee, J. H. Kim, RSC Adv. 2018, 8, 29044.
T. Sedghamiz, A. Y. Mehandzhiyski, M. Modarresi, M. Linares, I. Zozoulenko, Chem. Mater. 2023, 35, 5512.
J. Huang, P. F. Miller, J. S. Wilson, A. J. De Mello, J. C. De Mello, D. D. C. Bradley, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 290.
D. Alemu, H. Y. Wei, K. C. Ho, C. W. Chu, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9662.
S. Bag, M. F. Durstock, ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 5053.
Y. He, J. Wang, R. Tang, D. Yao, S. Li, P. Dong, C. Li, F. Long, J. Alloys Compd. 2023, 933, 167583.
C. T. Lin, J. Ngiam, B. Xu, Y. H. Chang, T. Du, T. J. Macdonald, J. R. Durrant, M. A. McLachlan, J Mater Chem A Mater 2020, 8, 8684.
C. Bi, Q. Wang, Y. Shao, Y. Yuan, Z. Xiao, J. Huang, Nat. Commun. 2015, 6, 7747.
J. Kim, R. Godin, S. D. Dimitrov, T. Du, D. Bryant, M. A. McLachlan, J. R. Durrant, Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1802474.
M. Stolterfoht, V. M. Le Corre, M. Feuerstein, P. Caprioglio, L. J. A. Koster, D. Neher, ACS Energy Lett. 2019, 4, 2887.
C.‐T. Lin, W. Xu, T. J. Macdonald, J. Ngiam, J.‐H. Kim, T. Du, S. Xu, P. S. Tuladhar, H. Kang, K. Lee, J. R. Durrant, M. A. McLachlan, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 43505.
W. Xu, L. J. F. Hart, B. Moss, P. Caprioglio, T. J. Macdonald, F. Furlan, J. Panidi, R. D. J. Oliver, R. A. Pacalaj, M. Heeney, N. Gasparini, H. J. Snaith, P. R. F. Barnes, J. R. Durrant, Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2301102.
M. Stolterfoht, P. Caprioglio, C. M. Wolff, J. A. Márquez, J. Nordmann, S. Zhang, D. Rothhardt, U. Hörmann, Y. Amir, A. Redinger, L. Kegelmann, F. Zu, S. Albrecht, N. Koch, T. Kirchartz, M. Saliba, T. Unold, D. Neher, Energy Environ. Sci. 2019, 12, 2778.
R. A. Belisle, W. H. Nguyen, A. R. Bowring, P. Calado, X. Li, S. J. C. Irvine, M. D. McGehee, P. R. F. Barnes, B. C. O'Regan, Energy Environ. Sci. 2017, 10, 192.
P. Calado, A. M. Telford, D. Bryant, X. Li, J. Nelson, B. C. O'Regan, P. R. F. Barnes, Nat. Commun. 2016, 7, 13831.
Y. Shao, Z. Xiao, C. Bi, Y. Yuan, J. Huang, Nat. Commun. 2014, 5, 6784.
M. Stolterfoht, P. Caprioglio, C. M. Wolff, J. A. Márquez, J. Nordmann, S. Zhang, D. Rothhardt, U. Hörmann, Y. Amir, A. Redinger, L. Kegelmann, F. Zu, S. Albrecht, N. Koch, T. Kirchartz, M. Saliba, T. Unold, D. Neher, Energy Environ. Sci. 2019, 12, 2778.
P. Caprioglio, M. Stolterfoht, C. M. Wolff, T. Unold, B. Rech, S. Albrecht, D. Neher, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1901631.
S. Hu, P. Zhao, K. Nakano, R. D. J. Oliver, J. Pascual, J. A. Smith, T. Yamada, M. A. Truong, R. Murdey, N. Shioya, T. Hasegawa, M. Ehara, M. B. Johnston, K. Tajima, Y. Kanemitsu, H. J. Snaith, A. Wakamiya, Adv. Mater. 2023, 35, 2208320.
G. Xing, N. Mathews, S. Sun, S. S. Lim, Y. M. Lam, M. Graẗzel, S. Mhaisalkar, T. C. Sum, Science 2013, 342, 344.
S. D. Stranks, G. E. Eperon, G. Grancini, C. Menelaou, M. J. P. Alcocer, T. Leijtens, L. M. Herz, A. Petrozza, H. J. Snaith, S. D. Stranks, G. E. Eperon, G. Grancini, C. Menelaou, M. J. P. Alcocer, T. Leijtens, L. M. Herz, A. Petrozza, H. J. Snaith, Science 2013, 342, 341.
Y. Yang, W. Rodríguez‐Córdoba, T. Lian, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9246.
D. Głowienka, D. Zhang, F. Di Giacomo, M. Najafi, S. Veenstra, J. Szmytkowski, Y. Galagan, Nano Energy 2020, 67, 104186.
H. Kim, S. Nam, H. Lee, S. Woo, C. S. Ha, M. Ree, Y. Kim, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13502.
Q. Wang, C. C. Chueh, M. Eslamian, A. K. Y. Jen, ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 32068.
Y. Meng, Z. Hu, N. Ai, Z. Jiang, J. Wang, J. Peng, Y. Cao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 5122.
M. Jørgensen, K. Norrman, F. C. Krebs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 686.
Y. Kato, L. K. Ono, M. V. Lee, S. Wang, S. R. Raga, Y. Qi, Adv. Mater. Interfaces 2015, 2, 1500195.
J. Zhao, X. Zheng, Y. Deng, T. Li, Y. Shao, A. Gruverman, J. Shield, J. Huang, Energy Environ. Sci. 2016, 9, 3650.
C.‐T. Lin, S. Pont, J. Kim, T. Du, S. Xu, X. Li, D. Bryant, M. A. Mclachlan, J. R. Durrant, Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 1686.