Solvent-Mediated Crystallization of CH3NH3SnI3 Films for Heterojunction Depleted Perovskite Solar Cells

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 35, 2015, Pages 11445-11452

  Hao, Feng ^a   Stoumpos, Constantinos C ^a   Guo, Peijun ^b   Zhou, Nanjia ^b   Marks, Tobin J ^a   Chang, Robert P H ^b   Kanatzidis, Mercouri G ^a  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b Northwestern University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARRIER CONCENTRATION; DIMETHYL SULFOXIDE; EFFICIENCY; HETEROJUNCTIONS; LEAD COMPOUNDS; ORGANIC SOLVENTS; PEROVSKITE; TIN COMPOUNDS; TITANIUM DIOXIDE;

DIMETHYL SULFOXIDE (DMSO); ENVIRONMENTAL CONCERNS; HOLE-TRANSPORTING MATERIALS; MORPHOLOGY CONTROL; PHOTO-VOLTAIC EFFICIENCY; POWER CONVERSION EFFICIENCIES; RECOMBINATION LIFETIME; TRANSIENT PHOTOVOLTAGE DECAY;

PEROVSKITE SOLAR CELLS;

AMMONIUM DERIVATIVE; DIMETHYL SULFOXIDE; METHYLAMMONIUM TIN TRIIODIDE; PEROVSKITE; SOLVENT; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; CONTROLLED STUDY; CRYSTAL STRUCTURE; CRYSTALLIZATION; DENSITY; ELECTRIC POTENTIAL; GENERAL DEVICE; NANOFABRICATION; PEROVSKITE SOLAR CELL;

EID: 84941205051     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b06658     Document Type: Article

References (64)

1. Nayak, P. K.; Cahen, D. Adv. Mater. 2014, 26, 1622 10.1002/adma.201304620
2. Kazim, S.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M.; Ahmad, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 2812 10.1002/anie.201308719
3. Lotsch, B. V. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 635 10.1002/anie.201309368
4. Wei, Z. H.; Chen, H. N.; Yan, K. Y.; Yang, S. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 13239 10.1002/anie.201408638
5. Borriello, I.; Cantele, G.; Ninno, D. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 77, 235214 10.1103/PhysRevB.77.235214
6. Mitzi, D. B. Prog. Inorg. Chem. 1999, 48, 1
7. Kagan, C. R.; Mitzi, D. B.; Dimitrakopoulos, C. D. Science 1999, 286, 945 10.1126/science.286.5441.945
8. Zhang, Q. C.; Liu, X. G. Small 2012, 8, 3711 10.1002/smll.201201759
9. Noh, J. H.; Im, S. H.; Heo, J. H.; Mandal, T. N.; Seok, S. I. Nano Lett. 2013, 13, 1764 10.1021/nl400349b
10. Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Cao, D. H.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. Nat. Photonics 2014, 8, 489 10.1038/nphoton.2014.82
11. Heo, J. H.; Im, S. H.; Noh, J. H.; Mandal, T. N.; Lim, C. S.; Chang, J. A.; Lee, Y. H.; Kim, H. J.; Sarkar, A.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M.; Seok, S. I. Nat. Photonics 2013, 7, 486 10.1038/nphoton.2013.80
12. Xing, G. C.; Mathews, N.; Sun, S. Y.; Lim, S. S.; Lam, Y. M.; Gratzel, M.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. C. Science 2013, 342, 344 10.1126/science.1243167
13. Stranks, S. D.; Eperon, G. E.; Grancini, G.; Menelaou, C.; Alcocer, M. J. P.; Leijtens, T.; Herz, L. M.; Petrozza, A.; Snaith, H. J. Science 2013, 342, 341 10.1126/science.1243982
14. Wojciechowski, K.; Saliba, M.; Leijtens, T.; Abate, A.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1142 10.1039/C3EE43707H
15. Lee, M. M.; Teuscher, J.; Miyasaka, T.; Murakami, T. N.; Snaith, H. J. Science 2012, 338, 643 10.1126/science.1228604
16. Liu, M. Z.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J. Nature 2013, 501, 395 10.1038/nature12509
17. Liu, D. Y.; Kelly, T. L. Nat. Photonics 2014, 8, 133 10.1038/nphoton.2013.342
18. Etgar, L.; Gao, P.; Xue, Z. S.; Peng, Q.; Chandiran, A. K.; Liu, B.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17396 10.1021/ja307789s
19. Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Liu, Z.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16411 10.1021/ja509245x
20. Mei, A. Y.; Li, X.; Liu, L. F.; Ku, Z. L.; Liu, T. F.; Rong, Y. G.; Xu, M.; Hu, M.; Chen, J. Z.; Yang, Y.; Gratzel, M.; Han, H. W. Science 2014, 345, 295 10.1126/science.1254763
21. Kojima, A.; Teshima, K.; Shirai, Y.; Miyasaka, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6050 10.1021/ja809598r
22. Burschka, J.; Pellet, N.; Moon, S. J.; Humphry-Baker, R.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M. Nature 2013, 499, 316 10.1038/nature12340
23. Zhou, H.; Chen, Q.; Li, G.; Luo, S.; Song, T.-b.; Duan, H.-S.; Hong, Z.; You, J.; Liu, Y.; Yang, Y. Science 2014, 345, 542 10.1126/science.1254050
24. Mathew, S.; Yella, A.; Gao, P.; Humphry-Baker, R.; Curchod, B. F. E.; Ashari-Astani, N.; Tavernelli, I.; Rothlisberger, U.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M. Nat. Chem. 2014, 6, 242 10.1038/nchem.1861
25. Liu, Y. S.; Chen, C. C.; Hong, Z. R.; Gao, J.; Yang, Y.; Zhou, H. P.; Dou, L. T.; Li, G.; Yang, Y. Sci. Rep. 2013, 3, 3356 10.1038/srep03356
26. Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W.; Dunlop, E. D. Prog. Photovoltaics 2014, 22, 701 10.1002/pip.2525
27. Noel, N. K.; Stranks, S. D.; Abate, A.; Wehrenfennig, C.; Guarnera, S.; Haghighirad, A. A.; Sadhanala, A.; Eperon, G. E.; Pathak, S. K.; Johnston, M. B.; Petrozza, A.; Herz, L. M.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3061 10.1039/C4EE01076K
28. Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8094 10.1021/ja5033259
29. Liang, K. N.; Mitzi, D. B.; Prikas, M. T. Chem. Mater. 1998, 10, 403 10.1021/cm970568f
30. Wu, Y. Z.; Islam, A.; Yang, X. D.; Qin, C. J.; Liu, J.; Zhang, K.; Peng, W. Q.; Han, L. Y. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2934 10.1039/C4EE01624F
31. Zhao, Y. X.; Zhu, K. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 9412 10.1021/jp502696w
32. Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Il Seol, S. Nat. Mater. 2014, 13, 897 10.1038/nmat4014
33. Im, J. H.; Jang, I. H.; Pellet, N.; Gratzel, M.; Park, N. G. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 927 10.1038/nnano.2014.181
34. Eperon, G. E.; Burlakov, V. M.; Docampo, P.; Goriely, A.; Snaith, H. J. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 151 10.1002/adfm.201302090
35. Zhang, S. J.; Audebert, P.; Wei, Y.; Al Choueiry, A.; Lanty, G.; Brehier, A.; Galmiche, L.; Clavier, G.; Boissiere, C.; Lauret, J. S.; Deleporte, E. Materials 2010, 3, 3385 10.3390/ma3053385
36. Miyamae, H.; Numahata, Y.; Nagata, M. Chem. Lett. 1980, 9, 663 10.1246/cl.1980.663
37. Shi, D.; Adinolfi, V.; Comin, R.; Yuan, M.; Alarousu, E.; Buin, A.; Chen, Y.; Hoogland, S.; Rothenberger, A.; Katsiev, K.; Losovyj, Y.; Zhang, X.; Dowben, P. A.; Mohammed, O. F.; Sargent, E. H.; Bakr, O. M. Science 2015, 347, 519 10.1126/science.aaa2725
38. Sheldrick, G. M. Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 2008, 64, 112 10.1107/S0108767307043930
39. Nie, W. Y.; Tsai, H. H.; Asadpour, R.; Blancon, J. C.; Neukirch, A. J.; Gupta, G.; Crochet, J. J.; Chhowalla, M.; Tretiak, S.; Alam, M. A.; Wang, H. L.; Mohite, A. D. Science 2015, 347, 522 10.1126/science.aaa0472
40. De Bastiani, M.; DInnocenzo, V.; Stranks, S. D.; Snaith, H. J.; Petrozza, A. APL Mater. 2014, 2, 081509 10.1063/1.4889845
41. Zhang, W.; Saliba, M.; Moore, D. T.; Pathak, S. K.; Horantner, M. T.; Stergiopoulos, T.; Stranks, S. D.; Eperon, G. E.; Alexander-Webber, J. A.; Abate, A.; Sadhanala, A.; Yao, S. H.; Chen, Y. L.; Friend, R. H.; Estroff, L. A.; Wiesner, U.; Snaith, H. J. Nat. Commun. 2015, 6, 6142 10.1038/ncomms7142
42. Gate, L. F. Appl. Opt. 1974, 13, 236 10.1364/AO.13.000236
43. Chung, I.; Lee, B.; He, J. Q.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. Nature 2012, 485, 486 10.1038/nature11067
44. Kumar, M. H.; Dharani, S.; Leong, W. L.; Boix, P. P.; Prabhakar, R. R.; Baikie, T.; Shi, C.; Ding, H.; Ramesh, R.; Asta, M.; Graetzel, M.; Mhaisalkar, S. G.; Mathews, N. Adv. Mater. 2014, 26, 7122 10.1002/adma.201401991
45. Unger, E. L.; Hoke, E. T.; Bailie, C. D.; Nguyen, W. H.; Bowring, A. R.; Heumuller, T.; Christoforo, M. G.; McGehee, M. D. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3690 10.1039/C4EE02465F
46. Snaith, H. J.; Abate, A.; Ball, J. M.; Eperon, G. E.; Leijtens, T.; Noel, N. K.; Stranks, S. D.; Wang, J. T. W.; Wojciechowski, K.; Zhang, W. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1511 10.1021/jz500113x
47. Wei, J.; Zhao, Y. C.; Li, H.; Li, G. B.; Pan, J. L.; Xu, D. S.; Zhao, Q.; Yu, D. P. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3937 10.1021/jz502111u
48. Staebler, D. L.; Wronski, C. R. J. Appl. Phys. 1980, 51, 3262 10.1063/1.328084
49. Dualeh, A.; Moehl, T.; Tetreault, N.; Teuscher, J.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M. ACS Nano 2014, 8, 4053 10.1021/nn5014879
50. Tress, W.; Marinova, N.; Moehl, T.; Zakeeruddin, S. M.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 995 10.1039/C4EE03664F
51. Kim, H. S.; Park, N. G. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3434 10.1021/jz502009r
52. Shuttle, C. G.; Maurano, A.; Hamilton, R.; ORegan, B.; de Mello, J. C.; Durrant, J. R. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 183501 10.1063/1.3006316
53. Duffy, N. W.; Peter, L. M.; Rajapakse, R. M. G.; Wijayantha, K. G. U. Electrochem. Commun. 2000, 2, 658 10.1016/S1388-2481(00)00097-7
54. Shuttle, C. G.; Hamilton, R.; ORegan, B. C.; Nelson, J.; Durrant, J. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 16448 10.1073/pnas.1004363107
55. Stoumpos, C. C.; Malliakas, C. D.; Kanatzidis, M. G. Inorg. Chem. 2013, 52, 9019 10.1021/ic401215x
56. Mora-Sero, I.; Dittrich, T.; Garcia-Belmonte, G.; Bisquert, J. J. Appl. Phys. 2006, 100, 103705 10.1063/1.2361158
57. ORegan, B. C.; Bakker, K.; Kroeze, J.; Smit, H.; Sommeling, P.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 17155 10.1021/jp062761f
58. Zhou, H. P.; Chen, Q.; Li, G.; Luo, S.; Song, T. B.; Duan, H. S.; Hong, Z. R.; You, J. B.; Liu, Y. S.; Yang, Y. Science 2014, 345, 542 10.1126/science.1254050
59. Xu, X. B.; Zhang, H.; Cao, K.; Cui, J.; Lu, J. F.; Zeng, X. W.; Shen, Y.; Wang, M. K. ChemSusChem 2014, 7, 3088 10.1002/cssc.201402566
60. Yin, W. J.; Shi, T. T.; Yan, Y. F. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 063903 10.1063/1.4864778
61. Kim, J.; Lee, S. H.; Lee, J. H.; Hong, K. H. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1312 10.1021/jz500370k
62. Agiorgousis, M. L.; Sun, Y. Y.; Zeng, H.; Zhang, S. B. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14570 10.1021/ja5079305
63. In Group IV Elements, IV-IV and III-V Compounds. Part b-Electronic, Transport, Optical and Other Properties; Madelung, O.; Rössler, U.; Schulz, M., Eds.; Springer: Berlin, 2002; Vol. 41A1b, p 1.
64. Reichardt, C.; Welton, T. In Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, 2010; p 549.