Fundamental physics behind high-efficiency organo-metal halide perovskite solar cells

Journal of Materials Chemistry A

Volumn 3, Issue 30, 2015, Pages 15372-15385

  Hsiao, Yu Che ^a   Wu, Ting ^a   Li, Mingxing ^a   Liu, Qing ^a   Qin, Wei ^a   Hu, Bin ^a  

^a University of Tennessee   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BINDING ENERGY; CARRIER TRANSPORT; CELL ENGINEERING; EXCITONS; FERROELECTRICITY; MAGNETIC FIELD EFFECTS; METAL HALIDES; PEROVSKITE; SOLAR POWER GENERATION;

EXCITON-BINDING ENERGY; FERROELECTRIC POLARIZATION; FERROELECTRIC PROPERTY; FUNDAMENTAL PHYSICS; HIGH DIELECTRIC CONSTANTS; PHOTOEXCITED CARRIERS; PHOTOVOLTAIC PROCESS; POWER CONVERSION EFFICIENCIES;

SOLAR CELLS;

EID: 84937403897     PISSN: 20507488     EISSN: 20507496     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c5ta01376c     Document Type: Article

References (111)

1. A. Kojima K. Teshima Y. Shirai T. Miyasaka J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6050 6051
2. J.-H. Im C.-R. Lee J.-W. Lee S.-W. Park N.-G. Park Nanoscale 2011 3 4088 4093
3. M. M. Lee J. Teuscher T. Miyasaka T. N. Murakami H. J. Snaith Science 2012 338 643 647
4. M. A. Green K. Emery Y. Hishikawa W. Warta E. D. Dunlop Prog. Photovoltaics 2015 23 1 9
5. H. Zhou Q. Chen G. Li S. Luo T. b. Song H. S. Duan Z. Hong J. You Y. Liu Y. Yang Science 2014 345 542 546
6. N. J. Jeon J. H. Noh Y. C. Kim W. S. Yang S. Ryu S. I. Seok Nat. Mater. 2014 13 897 903
7. Z. Xiao C. Bi Y. Shao Q. Dong Q. Wang Y. Yuan C. Wang Y. Gao J. Huang Energy & Environmental Science 2014 7 2619
8. J. Seo S. Park Y. Chan Kim N. J. Jeon J. H. Noh S. C. Yoon S. I. Seok Energy Environ. Sci. 2014 7 2642
9. J. You Y. Yang Z. Hong T.-B. Song L. Meng Y. Liu C. Jiang H. Zhou W.-H. Chang G. Li Y. Yang Appl. Phys. Lett. 2014 105 183902
10. G. E. Eperon S. D. Stranks C. Menelaou M. B. Johnston L. M. Herz H. J. Snaith Energy Environ. Sci. 2014 7 982 988
11. T. M. Koh K. Fu Y. Fang S. Chen T. C. Sum N. Mathews S. G. Mhaisalkar P. P. Boix T. Baikie J. Phys. Chem. C 2014 118 16458 16462
12. N. Pellet P. Gao G. Gregori T. Y. Yang M. K. Nazeeruddin J. Maier M. Gratzel Angew. Chem. 2014 53 3151 3157
13. Z. K. Tan R. S. Moghaddam M. L. Lai P. Docampo R. Higler F. Deschler M. Price A. Sadhanala L. M. Pazos D. Credgington F. Hanusch T. Bein H. J. Snaith R. H. Friend Nat. Nanotechnol. 2014 9 687 692
14. Y. H. Kim H. Cho J. H. Heo T. S. Kim N. Myoung C. L. Lee S. H. Im T. W. Lee Adv. Mater. 2014 27 1248 1254
15. D. Di K. P. Musselman G. Li A. Sadhanala Y. Ievskaya Q. Song Z.-K. Tan M. L. Lai J. L. MacManus-Driscoll N. C. Greenham R. H. Friend J. Phys. Chem. Lett. 2015 6 446 450
16. R. L. Hoye M. R. Chua K. P. Musselman G. Li M. L. Lai Z. K. Tan N. C. Greenham J. L. MacManus-Driscoll R. H. Friend D. Credgington Adv. Mater. 2015 27 1414 1419
17. F. Deschler M. Price S. Pathak L. E. Klintberg D.-D. Jarausch R. Higler S. Hüttner T. Leijtens S. D. Stranks H. J. Snaith M. Atatüre R. T. Phillips R. H. Friend J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 1421 1426
18. G. Xing N. Mathews S. S. Lim N. Yantara X. Liu D. Sabba M. Gratzel S. Mhaisalkar T. C. Sum Nat. Mater. 2014 13 476 480
19. Q. Zhang S. T. Ha X. Liu T. C. Sum Q. Xiong Nano Lett. 2014 14 5995 6001
20. D. Giovanni H. Ma J. Chua M. Grätzel R. Ramesh S. Mhaisalkar N. Mathews T. C. Sum Nano Lett. 2015 15 1553 1558
21. K. Liang D. B. Mitzi M. T. Prikas Chem. Mater. 1998 10 403 411
22. C. C. Stoumpos C. D. Malliakas M. G. Kanatzidis Inorg. Chem. 2013 52 9019 9038
23. F. Hao C. C. Stoumpos D. H. Cao R. P. H. Chang M. G. Kanatzidis Nat. Photonics 2014 8 489 494
24. N. K. Noel S. D. Stranks A. Abate C. Wehrenfennig S. Guarnera A. A. Haghighirad A. Sadhanala G. E. Eperon S. K. Pathak M. B. Johnston A. Petrozza L. M. Herz H. J. Snaith Energy Environ. Sci. 2014 7 3061 3068
25. Y. Ogomi A. Morita S. Tsukamoto T. Saitho N. Fujikawa Q. Shen T. Toyoda K. Yoshino S. S. Pandey T. Ma S. Hayase J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 1004 1011
26. F. Zuo S. T. Williams P. W. Liang C. C. Chueh C. Y. Liao A. K. Jen Adv. Mater. 2014 26 6454 6460
27. J. H. Heo S. H. Im J. H. Noh T. N. Mandal C.-S. Lim J. A. Chang Y. H. Lee H.-j. Kim A. Sarkar M. K. Nazeeruddin M. Grätzel S. I. Seok Nat. Photonics 2013 7 486 491
28. M. Hu C. Bi Y. Yuan Z. Xiao Q. Dong Y. Shao J. Huang Small 2015 11 2164 2169
29. E. J. Juarez-Perez R. S. Sanchez L. Badia G. Garcia-Belmonte Y. S. Kang I. Mora-Sero J. Bisquert J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 2390 2394
30. M. Hirasawa T. Ishihara T. Goto K. Uchida N. Miura Phys. B 1994 201 427 430
31. W. Zhang M. Saliba S. D. Stranks Y. Sun X. Shi U. Wiesner H. J. Snaith Nano Lett. 2013 13 4505 4510
32. J. M. Frost K. T. Butler F. Brivio C. H. Hendon M. van Schilfgaarde A. Walsh Nano Lett. 2014 14 2584 2590
33. J. M. Frost K. T. Butler A. Walsh APL Mater. 2014 2 081506
34. C. Zhang D. Sun C.-X. Sheng Y. X. Zhai Z. V. Vardeny Nat. Phys. 2015 11 427 434
35. Y.-C. Hsiao T. Wu M. Li B. Hu Adv. Mater. 2015 27 2899 2906
36. T. Leijtens S. D. Stranks G. E. Eperon R. Lindblad E. M. Johansson I. J. McPherson H. Rensmo J. M. Ball M. M. Lee H. J. Snaith ACS Nano 2014 8 7147 7155
37. D. Y. Liu T. L. Kelly Nat. Photonics 2014 8 133 138
38. J. Burschka N. Pellet S. J. Moon R. Humphry-Baker P. Gao M. K. Nazeeruddin M. Gratzel Nature 2013 499 316 319
39. V. D'Innocenzo G. Grancini M. J. Alcocer A. R. Kandada S. D. Stranks M. M. Lee G. Lanzani H. J. Snaith A. Petrozza Nat. Commun. 2014 5 3586
40. G. E. Eperon V. M. Burlakov P. Docampo A. Goriely H. J. Snaith Adv. Funct. Mater. 2014 24 151 157
41. H. J. Snaith A. Abate J. M. Ball G. E. Eperon T. Leijtens N. K. Noel S. D. Stranks J. T.-W. Wang K. Wojciechowski W. Zhang J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 1511 1515
42. D. Shi V. Adinolfi R. Comin M. Yuan E. Alarousu A. Buin Y. Chen S. Hoogland A. Rothenberger K. Katsiev Y. Losovyj X. Zhang P. A. Dowben O. F. Mohammed E. H. Sargent O. M. Bakr Science 2015 347 519 522
43. Q. Dong Y. Fang Y. Shao P. Mulligan J. Qiu L. Cao J. Huang Science 2015 347 967 970
44. M. A. Green A. Ho-Baillie H. J. Snaith Nat. Photonics 2014 8 506 514
45. G. Giorgi J.-I. Fujisawa H. Segawa K. Yamashita J. Phys. Chem. Lett. 2013 4 4213 4216
46. S. D. Stranks G. E. Eperon G. Grancini C. Menelaou M. J. Alcocer T. Leijtens L. M. Herz A. Petrozza H. J. Snaith Science 2013 342 341 344
47. G. Xing N. Mathews S. Sun S. S. Lim Y. M. Lam M. Grätzel S. Mhaisalkar T. C. Sum Science 2013 342 344 347
48. L. Etgar P. Gao Z. Xue Q. Peng A. K. Chandiran B. Liu M. K. Nazeeruddin M. Gratzel J. Am. Chem. Soc. 2012 134 17396 17399
49. W. A. Laban L. Etgar Energy Environ. Sci. 2013 6 3249
50. D. T. Moore H. Sai K. W. Tan D.-M. Smilgies W. Zhang H. J. Snaith U. Wiesner L. A. Estroff J. Am. Chem. Soc. 2015 137 2350 2358
51. H. Yu F. Wang F. Xie W. Li J. Chen N. Zhao Adv. Funct. Mater. 2014 24 7102 7108
52. S. Colella E. Mosconi G. Pellegrino A. Alberti V. L. P. Guerra S. Masi A. Listorti A. Rizzo G. G. Condorelli F. De Angelis G. Gigli J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 3532 3538
53. M. Gratzel Nat. Mater. 2014 13 838 842
54. M. I. Dar N. Arora P. Gao S. Ahmad M. Grätzel M. K. Nazeeruddin Nano Lett. 2014 14 6991 6996
55. J. You Z. Hong Y. M. Yang Q. Chen M. Cai T. B. Song C. C. Chen S. Lu Y. Liu H. Zhou Y. Yang ACS Nano 2014 8 1674 1680
56. Y. Tidhar E. Edri H. Weissman D. Zohar G. Hodes D. Cahen B. Rybtchinski S. Kirmayer J. Am. Chem. Soc. 2014 136 13249 13256
57. S. T. Williams F. Zuo C.-C. Chueh C.-Y. Liao P.-W. Liang A. K. Y. Jen ACS Nano 2014 8 10640 10654
58. Z. Chen H. Li Y. Tang X. Huang D. Ho C.-S. Lee Mater. Res. Express 2014 1 015034
59. H.-S. Kim N.-G. Park J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 2927 2934
60. J. H. Im I. H. Jang N. Pellet M. Gratzel N. G. Park Nat. Nanotechnol. 2014 9 927 932
61. L. K. Ono S. H. Wang Y. Kato S. R. Raga Y. B. Qi Energy Environ. Sci. 2014 7 3989 3993
62. Z. Xiao Q. Dong C. Bi Y. Shao Y. Yuan J. Huang Adv. Mater. 2014 26 6503 6509
63. W. Nie H. Tsai R. Asadpour J. C. Blancon A. J. Neukirch G. Gupta J. J. Crochet M. Chhowalla S. Tretiak M. A. Alam H. L. Wang A. D. Mohite Science 2015 347 522 525
64. J. Nelson Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999 59 15374 15380
65. W.-J. Yin T. Shi Y. Yan Appl. Phys. Lett. 2014 104 063903
66. W.-J. Yin J.-H. Yang J. Kang Y. Yan S.-H. Wei J. Mater. Chem. A 2015 10.1039/c4ta05033a
67. H.-H. Fang R. Raissa M. Abdu-Aguye S. Adjokatse G. R. Blake J. Even M. A. Loi Adv. Funct. Mater. 2015 10.1002/adfm.201404421
68. K. Tanaka T. Takahashi T. Ban T. Kondo K. Uchida N. Miura Solid State Commun. 2003 127 619 623
69. S. Sun T. Salim N. Mathews M. Duchamp C. Boothroyd G. Xing T. C. Sum Y. M. Lam Energy Environ. Sci. 2014 7 399 407
70. C. Sheng C. Zhang Y. Zhai K. Mielczarek W. Wang W. Ma A. Zakhidov Z. V. Vardeny Phys. Rev. Lett. 2015 114 116601
71. M. Saba M. Cadelano D. Marongiu F. Chen V. Sarritzu N. Sestu C. Figus M. Aresti R. Piras A. G. Lehmann C. Cannas A. Musinu F. Quochi A. Mura G. Bongiovanni Nat. Commun. 2014 5 5049
72. K. G. Stamplecoskie J. S. Manser P. V. Kamat Energy Environ. Sci. 2015 8 208 215
73. J. S. Manser P. V. Kamat Nat. Photonics 2014 8 737 743
74. R. Gottesman E. Haltzi L. Gouda S. Tirosh Y. Bouhadana A. Zaban J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 2662 2669
75. Q. Lin A. Armin R. C. R. Nagiri P. L. Burn P. Meredith Nat. Photonics 2015 9 106 112
76. I. B. Koutselas L. Ducasse G. C. Papavassiliou J. Phys.: Condens. Matter 1996 8 1217
77. T. Ishihara J. Lumin. 1994 60-61 269 274
78. M. Hirasawa T. Ishihara T. Goto J. Phys. Soc. Jpn. 1994 63 3870 3879
79. N. C. Giebink G. P. Wiederrecht M. R. Wasielewski S. R. Forrest Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011 83 195326
80. J. Y. Jeng Y. F. Chiang M. H. Lee S. R. Peng T. F. Guo P. Chen T. C. Wen Adv. Mater. 2013 25 3727 3732
81. Y. Liang Z. Xu J. Xia S.-T. Tsai Y. Wu G. Li C. Ray L. Yu Adv. Mater. 2010 22 E135 E138
82. E. Zhou J. Cong K. Hashimoto K. Tajima Adv. Mater. 2013 25 6991 6996
83. T. Kirchartz W. Gong S. A. Hawks T. Agostinelli R. C. I. MacKenzie Y. Yang J. Nelson J. Phys. Chem. C 2012 116 7672 7680
84. F. Chen J. Xia N. Tao Nano Lett. 2009 9 1621 1625
85. R. Resta Phys. Rev. B: Solid State 1977 16 2717 2722
86. Y.-C. Hsiao T. Wu H. Zang M. Li B. Hu Sci. China: Chem. 2015 58 239 247
87. V. Roiati E. Mosconi A. Listorti S. Colella G. Gigli F. De Angelis Nano Lett. 2014 14 2168 2174
88. J. J. Choi X. Yang Z. M. Norman S. J. L. Billinge J. S. Owen Nano Lett. 2013 14 127 133
89. K. T. Butler J. M. Frost A. Walsh Mater. Horiz. 2015 2 228 231
90. J. H. Noh S. H. Im J. H. Heo T. N. Mandal S. I. Seok Nano Lett. 2013 13 1764 1769
91. L.-M. Chen Z. Xu Z. Hong Y. Yang J. Mater. Chem. 2010 20 2575 2598
92. Y. Sun M. Wang X. Gong J. H. Seo B. B. Y. Hsu F. Wudl A. J. Heeger J. Mater. Chem. 2011 21 1365 1367
93. T. Wu Y.-C. Hsiao M. Li N.-G. Kang J. W. Mays B. Hu J. Phys. Chem. C 2015 119 2727 2732
94. M. He J. Ge Z. Lin X. Feng X. Wang H. Lu Y. Yang F. Qiu Energy Environ. Sci. 2012 5 8351 8358
95. S. D. Standridge G. C. Schatz J. T. Hupp J. Am. Chem. Soc. 2009 131 8407 8409
96. T. Baikie Y. Fang J. M. Kadro M. Schreyer F. Wei S. G. Mhaisalkar M. Graetzel T. J. White J. Mater. Chem. A 2013 1 5628
97. O. Noblanc P. Gaucher G. Calvarin J. Appl. Phys. 1996 79 4291
98. F. Brivio A. B. Walker A. Walsh APL Mater. 2013 1 042111
99. Y. Kutes L. Ye Y. Zhou S. Pang B. D. Huey N. P. Padture J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 3335 3339
100. Z. Xiao Y. Yuan Y. Shao Q. Wang Q. Dong C. Bi P. Sharma A. Gruverman J. Huang Nat. Mater. 2014 14 193 198
101. X. Wu H. Yu L. Li F. Wang H. Xu N. Zhao J. Phys. Chem. C 2015 119 1253 1259
102. S. Liu F. Zheng N. Z. Koocher H. Takenaka F. Wang A. M. Rappe J. Phys. Chem. Lett. 2015 693 699 10.1021/jz502666j
103. I. Grinberg D. V. West M. Torres G. Gou D. M. Stein L. Wu G. Chen E. M. Gallo A. R. Akbashev P. K. Davies J. E. Spanier A. M. Rappe Nature 2013 503 509 512
104. E. L. Ungera E. T. Hokea C. D. Bailiea W. H. Nguyen A. R. Bowringa T. Heumüllera M. G. Christoforod A. M. D. McGehee Energy Environ. Sci. 2014 7 3690 3698
105. H.-W. Chen N. Sakai M. Ikegami T. Miyasaka J. Phys. Chem. Lett. 2015 6 164 169
106. A. Stroppa D. Di Sante P. Barone M. Bokdam G. Kresse C. Franchini M. H. Whangbo S. Picozzi Nat. Commun. 2014 5 5900
107. M. Kim J. Im A. J. Freeman J. Ihm H. Jin Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014 111 6900 6904
108. Z. H. Xu B. Hu Adv. Funct. Mater. 2008 18 2611
109. B. Hu L. Yan M. Shao Adv. Mater. 2009 21 1500
110. P. Janssen M. Cox S. H. W. Wouters M. Kemerink M. M. Wienk B. Koopmans Nat. Commun. 2013 4 2286
111. K. Mizoguchi M. Machino H. Sakamoto T. Kawamoto M. Tokumoto A. Omerzu D. Mihailovic Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2001 63 140417