We report for the first time on a hole conductor-free mesoscopic methylammonium lead iodide (CH3NH3PbI3) perovskite/TiO2 heterojunction solar cell, produced by deposition of perovskite nanoparticles from a solution of CH3NH3I and PbI2 in γ-butyrolactone on a 400 nm thick film of TiO2 (anatase) nanosheets exposing (001) facets. A gold film was evaporated on top of the CH3NH3PbI3 as a back contact. Importantly, the CH3NH3PbI3 nanoparticles assume here simultaneously the roles of both light harvester and hole conductor, rendering superfluous the use of an additional hole transporting material. The simple mesoscopic CH3NH3PbI3/TiO2 heterojunction solar cell shows impressive photovoltaic performance, with short-circuit photocurrent Jsc= 16.1 mA/cm2, open-circuit photovoltage Voc = 0.631 V, and a fill factor FF = 0.57, corresponding to a light to electric power conversion efficiency (PCE) of 5.5% under standard AM 1.5 solar light of 1000 W/m2 intensity. At a lower light intensity of 100W/m2, a PCE of 7.3% was measured. The advent of such simple solution-processed mesoscopic heterojunction solar cells paves the way to realize low-cost, high-efficiency solar cells.

Researchers developed a perovskite solar cell with high power-conversion efficiency (>20%) and intense electroluminescence yield (0.5%).

This review presents the state-of-the-art organohalide lead perovskites, which are currently making an immense impact across the photovoltaic community.

Abstract Hybrid organic–inorganic lead halide perovskite APbX 3 pigments, such as methylammonium lead iodide, have recently emerged as excellent light harvesters in solid‐state mesoscopic solar cells. An important target for the further improvement of the performance of perovskite‐based photovoltaics is to extend their optical‐absorption onset further into the red to enhance solar‐light harvesting. Herein, we show that this goal can be reached by using a mixture of formamidinium (HN=CHNH 3 + , FA) and methylammonium (CH 3 NH 3 + , MA) cations in the A position of the APbI 3 perovskite structure. This combination leads to an enhanced short‐circuit current and thus superior devices to those based on only CH 3 NH 3 + . This concept has not been applied previously in perovskite‐based solar cells. It shows great potential as a versatile tool to tune the structural, electrical, and optoelectronic properties of the light‐harvesting materials.

Organic–inorganic hybrid perovskites have attracted attention as successful light harvesting materials for mesoscopic solid‐state solar cells and led to record breaking efficiencies. The photovoltaic performance of these devices is greatly dependent on the film morphology, which in turn is dependent on the deposition techniques and subsequent treatments employed. In this work the perovskite film is deposited by spin‐coating a precursor solution of PbCl 2 and CH 3 NH 3 I (1 to 3 molar ratio) in dimethylformamide. Here, the role of the temperature used in the annealing process required to convert the as deposited solution into the perovskite material is investigated. It is found that the conversion requires sufficiently high temperatures to ensure the vaporization of solvent and the crystallization of the perovskite material. However, increasing the annealing temperature too high leads to the additional formation of PbI 2 , which is detrimental to the photovoltaic performance. Furthermore, the effect of the annealing temperature on the film formation, morphology, and composition is examined and correlated with the photovoltaic performance and device working mechanisms.

Mesoscopic solid-state solar cells based on the inorganic–organic hybrid perovskite CH3NH3PbI3 in conjunction with the amorphous organic semiconductor spiro-MeOTAD as a hole transport material (HTM) are investigated using impedance spectroscopy (IS). A model to interpret the frequency response of these devices is established by expanding and elaborating on the existing models used for the liquid and solid-state dye-sensitized solar cells. Furthermore, the influence of changing the additive concentrations of tert-butylpyridine and LiTFSI in the HTM and varying the HTM overlayer thickness on top of the sub-micrometer thick TiO2 on the extracted IS parameters is investigated. The internal electrical processes of such devices are studied and correlated with the overall device performance. In particular, the features in the IS responses that are attributed to the ionic and electronic transport properties of the perovskite material and manifest as a slow response at low frequency and an additional RC element at intermediate frequency, respectively, are explored.

Abstract CH 3 NH 3 PbX 3 (MAPbX 3 ) perovskites have attracted considerable attention as absorber materials for solar light harvesting, reaching solar to power conversion efficiencies above 20%. In spite of the rapid evolution of the efficiencies, the understanding of basic properties of these semiconductors is still ongoing. One phenomenon with so far unclear origin is the so-called hysteresis in the current–voltage characteristics of these solar cells. Here we investigate the origin of this phenomenon with a combined experimental and computational approach. Experimentally the activation energy for the hysteretic process is determined and compared with the computational results. First-principles simulations show that the timescale for MA + rotation excludes a MA-related ferroelectric effect as possible origin for the observed hysteresis. On the other hand, the computationally determined activation energies for halide ion (vacancy) migration are in excellent agreement with the experimentally determined values, suggesting that the migration of this species causes the observed hysteretic behaviour of these solar cells.

Recently organic–inorganic hybrid perovskites have attracted attention as light harvesting materials in mesoscopic cells. While a considerable number of deposition and formation methods have been reported for the perovskite crystalline material, most involve an annealing step. As such, the thermal behavior of this material and its individual components is of crucial interest. Here, we examine the thermal properties of the CH3NH3PbX3 (X = I or Cl) perovskite using thermogravimetric analysis. The role of the precursors is exposed, and the effect of the formation of excess organic species is investigated. The sublimation behavior of the organic component is intensively scrutinized. Furthermore, differential scanning calorimetry is employed to probe the crystal phase structure, revealing subtle differences depending on the deposition method.