Open-circuit voltage deficit, radiative sub-bandgap states, and prospects in quantum dot solar cells

Nano Letters

Volumn 15, Issue 5, 2015, Pages 3286-3294

  Chuang, Chia Hao Marcus ^a   Maurano, Andrea ^b   Brandt, Riley E ^a   Hwang, Gyu Weon ^a   Jean, Joel ^b   Buonassisi, Tonio ^a   Bulović, Vladimir ^b   Bawendi, Moungi G ^c  

^a Massachusetts Institute of Technology Cambridge   (United States)

^b Department of Electrical Engineering and Computer Science   (United States)

^c MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

Author keywords

PbS; photovoltaics; quantum dot; solar energy; sub bandgap state

Indexed keywords

ELECTROLUMINESCENCE; ENERGY GAP; FILMS; INTERFACE STATES; INTERFACES (MATERIALS); NANOCRYSTALS; OPEN CIRCUIT VOLTAGE; QUANTUM THEORY; SOLAR CELLS; SOLAR ENERGY; SOLAR POWER GENERATION;

CARRIER RECOMBINATION; ELECTROLUMINESCENCE SPECTROSCOPY; PBS; PHOTOVOLTAICS; POWER CONVERSION EFFICIENCIES; QUANTUM DOT; QUANTUM DOT SOLAR CELLS; SUB-BANDGAP;

SEMICONDUCTOR QUANTUM DOTS;

GOLD; LEAD; LEAD SULFIDE; QUANTUM DOT; SULFIDE;

CHEMISTRY; POWER SUPPLY; SOLAR ENERGY; SPECTROFLUOROMETRY;

ELECTRIC POWER SUPPLIES; GOLD; LEAD; QUANTUM DOTS; SOLAR ENERGY; SPECTROMETRY, FLUORESCENCE; SULFIDES;

EID: 84929192109     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00513     Document Type: Article

References (55)

1. Research Cell Efficiency Records, National Renewable Energy Laboratory http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency-chart.jpg.
2. Wang, X.; Koleilat, G. I.; Tang, J.; Liu, H.; Kramer, I. J.; Debnath, R.; Brzozowski, L.; Barkhouse, D. A. R.; Levina, L.; Hoogland, S.; Sargent, E. H. Nat. Photonics 2011, 5, 480-484
3. Wadia, C.; Alivisatos, A. P.; Kammen, D. M. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 2072-2077
4. Luther, J. M.; Gao, J.; Lloyd, M. T.; Semonin, O. E.; Beard, M. C.; Nozik, A. J. Adv. Mater. 2010, 22, 3704-3707
5. Gao, J.; Perkins, C. L.; Luther, J. M.; Hanna, M. C.; Chen, H.; Semonin, O. E.; Nozik, A. J.; Ellingson, R. J.; Beard, M. C. Nano Lett. 2011, 11, 3263-3266
6. Tang, J.; Kemp, K. W.; Hoogland, S.; Jeong, K. S.; Liu, H.; Levina, L.; Furukawa, M.; Wang, X.; Debnath, R.; Cha, D.; Chou, K. W.; Fischer, A.; Amassian, A.; Asbury, J. B.; Sargent, E. H. Nat. Mater. 2011, 10, 765-771
7. Ip, A. H.; Thon, S. M.; Hoogland, S.; Voznyy, O.; Zhitomirsky, D.; Debnath, R.; Levina, L.; Rollny, L. R.; Carey, G. H.; Fischer, A.; Kemp, K. W.; Kramer, I. J.; Ning, Z.; Labelle, A. J.; Chou, K. W.; Amassian, A.; Sargent, E. H. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 577-582
8. Chuang, C.-H. M.; Brown, P. R.; Bulović, V.; Bawendi, M. G. Nat. Mater. 2014, 13, 796-801
9. Loiudice, A.; Rizzo, A.; Grancini, G.; Biasiucci, M.; Belviso, M. R.; Corricelli, M.; Curri, M. L.; Striccoli, M.; Agostiano, A.; Cozzoli, P. D.; Petrozza, A.; Lanzani, G.; Gigli, G. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1565-1572
10. Wang, H.; Kubo, T.; Nakazaki, J.; Segawa, H. Phys. Status Solidi RRL 2014, 8, 961-965
11. Weidman, M. C.; Beck, M. E.; Hoffman, R. S.; Prins, F.; Tisdale, W. A. ACS Nano 2014, 8, 6363-6371
12. Bae, W. K.; Joo, J.; Padilha, L. A.; Won, J.; Lee, D. C.; Lin, Q.; Koh, W.; Luo, H.; Klimov, V. I.; Pietryga, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20160-20168
13. Zhang, J.; Gao, J.; Church, C. P.; Miller, E. M.; Luther, J. M.; Klimov, V. I.; Beard, M. C. Nano Lett. 2014, 14, 6010-6015
14. Zhang, J.; Gao, J.; Miller, E. M.; Luther, J. M.; Beard, M. C. ACS Nano 2014, 8, 614-622
15. Woo, J. Y.; Ko, J.-H.; Song, J. H.; Kim, K.; Choi, H.; Kim, Y.-H.; Lee, D. C.; Jeong, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8883-8886
16. Wang, H.; Kubo, T.; Nakazaki, J.; Kinoshita, T.; Segawa, H. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 2455-2460
17. Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W.; Dunlop, E. D. Prog. Photovoltaics 2014, 22, 701-710
18. Shockley, W.; Queisser, H. J. J. Appl. Phys. 1961, 32, 510-519
19. Guyot-Sionnest, P. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1169-1175
20. De Wolf, S.; Holovsky, J.; Moon, S.-J.; Löper, P.; Niesen, B.; Ledinsky, M.; Haug, F.-J.; Yum, J.-H.; Ballif, C. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1035-1039
21. Erslev, P. T.; Chen, H.; Gao, J.; Beard, M. C.; Frank, A. J.; van de Lagemaat, J.; Johnson, J. C.; Luther, J. M. Phys. Rev. B 2012, 86, 155313
22. Zhitomirsky, D.; Kramer, I. J.; Labelle, A. J.; Fischer, A.; Debnath, R.; Pan, J.; Bakr, O. M.; Sargent, E. H. Nano Lett. 2012, 12, 1007-1012
23. Zhao, N.; Osedach, T. P.; Chang, L.-Y.; Geyer, S. M.; Wanger, D.; Binda, M. T.; Arango, A. C.; Bawendi, M. G.; Bulovic, V. ACS Nano 2010, 4, 3743-3752
24. Brown, P. R.; Kim, D.; Lunt, R. R.; Zhao, N.; Bawendi, M. G.; Grossman, J. C.; Bulović, V. ACS Nano 2014, 8, 5863-5872
25. Kemp, K. W.; Labelle, A. J.; Thon, S. M.; Ip, A. H.; Kramer, I. J.; Hoogland, S.; Sargent, E. H. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 917-922
26. Nadenau, V.; Rau, U.; Jasenek, A.; Schock, H. W. J. Appl. Phys. 2000, 87, 584-593
27. Schmidt, T.; Lischka, K.; Zulehner, W. Phys. Rev. B 1992, 45, 8989-8994
28. Gao, J.; Zhang, J.; van de Lagemaat, J.; Johnson, J. C.; Beard, M. C. ACS Nano 2014, 8, 12814-12825
29. Liu, H.; Tang, J.; Kramer, I. J.; Debnath, R.; Koleilat, G. I.; Wang, X.; Fisher, A.; Li, R.; Brzozowski, L.; Levina, L.; Sargent, E. H. Adv. Mater. 2011, 3832-3837
30. Ehrler, B.; Musselman, K. P.; Böhm, M. L.; Morgenstern, F. S. F.; Vaynzof, Y.; Walker, B. J.; Macmanus-Driscoll, J. L.; Greenham, N. C. ACS Nano 2013, 7, 4210-4220
31. Hoye, R. L. Z.; Ehrler, B.; Böhm, M. L.; Muñoz-Rojas, D.; Altamimi, R. M.; Alyamani, A. Y.; Vaynzof, Y.; Sadhanala, A.; Ercolano, G.; Greenham, N. C.; Friend, R. H.; MacManus-Driscoll, J. L.; Musselman, K. P. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1301544
32. Franciosi, A.; Van de Walle, C. G. Surf. Sci. Rep. 1996, 25, 1-140
33. Brown, P. R.; Lunt, R. R.; Zhao, N.; Osedach, T. P.; Wanger, D. D.; Chang, L.-Y.; Bawendi, M. G.; Bulović, V. Nano Lett. 2011, 11, 2955-2961
34. Gao, J.; Luther, J. M.; Semonin, O. E.; Ellingson, R. J.; Nozik, A. J.; Beard, M. C. Nano Lett. 2011, 11, 1002-1008
35. Luther, J. M.; Law, M.; Beard, M. C.; Song, Q.; Reese, M. O.; Ellingson, R. J.; Nozik, A. J. Nano Lett. 2008, 8, 3488-3492
36. Bozyigit, D.; Lin, W. M. M.; Yazdani, N.; Yarema, O.; Wood, V. Nat. Commun. 2015, 6, 6180
37. Nagpal, P.; Klimov, V. I. Nat. Commun. 2011, 2, 486
38. Rath, A. K.; Garcia de Arquer, F. P.; Stavrinadis, A.; Lasanta, T.; Bernechea, M.; Diedenhofen, S. L.; Konstantatos, G. Adv. Mater. 2014, 26, 4741-4747
39. Oh, S. J.; Wang, Z.; Berry, N. E.; Choi, J.; Zhao, T.; Gaulding, E. A.; Paik, T.; Lai, Y.; Murray, C. B.; Kagan, C. R. Nano Lett. 2014, 14, 6210-6216
40. Bozyigit, D.; Wood, V. J. Mater. Chem. C 2014, 2, 3172-3184
41. Yoon, W.; Boercker, J. E.; Lumb, M. P.; Placencia, D.; Foos, E. E.; Tischler, J. G. Sci. Rep. 2013, 3, 2225
42. Zhitomirsky, D.; Voznyy, O.; Hoogland, S.; Sargent, E. H. ACS Nano 2013, 7, 5282-5290
43. Semonin, O. E.; Luther, J. M.; Choi, S.; Chen, H.-Y.; Gao, J.; Nozik, A. J.; Beard, M. C. Science 2011, 334, 1530-1533
44. Talgorn, E.; Gao, Y.; Aerts, M.; Kunneman, L. T.; Schins, J. M.; Savenije, T. J.; van Huis, M. A.; van der Zant, H. S. J.; Houtepen, A. J.; Siebbeles, L. D. A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 733-739
45. Wanger, D. D.; Correa, R. E.; Dauler, E. A.; Bawendi, M. G. Nano Lett. 2013, 13, 5907-5912
46. Zhitomirsky, D.; Voznyy, O.; Levina, L.; Hoogland, S.; Kemp, K. W.; Ip, A. H.; Thon, S. M.; Sargent, E. H. Nat. Commun. 2014, 5, 3803
47. Bozyigit, D.; Volk, S.; Yarema, O.; Wood, V. Nano Lett. 2013, 13, 5284-5288
48. Carey, G. H.; Kramer, I. J.; Kanjanaboos, P.; Moreno-Bautista, G.; Voznyy, O.; Rollny, L.; Tang, J. A.; Hoogland, S.; Sargent, E. H. ACS Nano 2014, 8, 11763-11769
49. Kim, D.; Kim, D.-H.; Lee, J.-H.; Grossman, J. C. Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 196802
50. Voznyy, O.; Zhitomirsky, D.; Stadler, P.; Ning, Z.; Hoogland, S.; Sargent, E. H. ACS Nano 2012, 6, 8448-8455
51. Jean, J.; Chang, S.; Brown, P. R.; Cheng, J. J.; Rekemeyer, P. H.; Bawendi, M. G.; Gradečak, S.; Bulović, V. Adv. Mater. 2013, 25, 2790-2796
52. Kramer, I. J.; Zhitomirsky, D.; Bass, J. D.; Rice, P. M.; Topuria, T.; Krupp, L.; Thon, S. M.; Ip, A. H.; Debnath, R.; Kim, H.-C.; Sargent, E. H. Adv. Mater. 2012, 24, 2315-2319
53. Oh, S. J.; Berry, N. E.; Choi, J.-H.; Gaulding, E. A.; Paik, T.; Hong, S.-H.; Murray, C. B.; Kagan, C. R. ACS Nano 2013, 7, 2413-2421
54. Dirin, D. N.; Dreyfuss, S.; Bodnarchuk, M. I.; Nedelcu, G.; Papagiorgis, P.; Itskos, G.; Kovalenko, M. V. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6550-6553
55. Zhang, H.; Jang, J.; Liu, W.; Talapin, D. V. ACS Nano 2014, 8, 7359-7369