Improved stability and efficiency of two-terminal monolithic perovskite-silicon tandem solar cells will require reductions in recombination losses. By combining a triple-halide perovskite (1.68 electron volt bandgap) with a piperazinium iodide interfacial modification, we improved the band alignment, reduced nonradiative recombination losses, and enhanced charge extraction at the electron-selective contact. Solar cells showed open-circuit voltages of up to 1.28 volts in p-i-n single junctions and 2.00 volts in perovskite-silicon tandem solar cells. The tandem cells achieve certified power conversion efficiencies of up to 32.5%.

Identification of electronic processes at buried interfaces of charge-selective contacts is crucial for photovoltaic and photocatalysis research. Here, transient surface photovoltage (SPV) is used to study the passivation of different hole-selective carbazole-based SAMs. It is shown that transient SPV and transient photoluminescence provide complementary information on charge transfer kinetics and trapping/de-trapping mechanisms, and that trap-assisted non-radiative recombination losses originate from electron trapping at the SAM-modified ITO/perovskite interface. The hole transfer rates and the density of interface electron traps, obtained by fitting SPV transients with a minimalistic kinetic model, depended strongly on the SAM's chemical structure, and densities of interface traps as low as 109 cm−2, on par with highly passivated c-Si surfaces, were reached for Me-4PACz, previously used in record perovskite/silicon tandem solar cells. The extracted hole transfer rate constants and interface trap densities correlated well with the corresponding fill factors and open-circuit voltages of high-efficiency solar cells.

Fully textured perovskite silicon tandem solar cells are promising for future low-cost photovoltaic deployment. However, the fill factor and open-circuit voltage of these devices are currently limited by the high density of defects at grain boundaries and at interfaces with charge transport layers. To address this, we devise a strategy to simultaneously enhance perovskite crystallization and passivate the perovskite/C60 interface. By incorporating urea (CO(NH2)2) as an additive in the solution step of the hybrid evaporation/spin-coating perovskite deposition method, the crystallization kinetics are accelerated, leading to the formation of the desired photoactive phase at room temperature. With that, perovskite films with large grain sizes (>1 μm) and improved optoelectronic quality are formed at low annealing temperatures (100°C). Concurrently, remnant urea molecules are expelled at the perovskite surface, which locally displaces the C60 layer, thus reducing interfacial non-radiative recombination losses. With this strategy, the resulting tandem solar cells achieve 30.0% power conversion efficiency.

We investigate trivalent doping of tin halide perovskites as a means to decrease p-doping and control defect activity. Through density functional theory calculations and experimental characterization, we demonstrate that doping with scandium, lanthanum, and cerium successfully accomplishes Fermi level upshift, reducing background carrier concentration and defect densities, thereby improving material performance. Solar cell fabrication and testing highlight the doping efficacy, with lanthanum delivering increased photocurrent and open circuit voltage compared to control devices, despite being nonoptimized. This research underscores the potential of cation doping in enhancing the functionality of p-doped tin perovskites for advanced optoelectronic applications.

Understanding the sub-band gap luminescence in Ruddlesden–Popper 2D metal halide hybrid perovskites (2D HaPs) is essential for efficient charge injection and collection in optoelectronic devices. Still, its origins are still under debate with respect to the role of self-trapped excitons or radiative recombination via defect states. In this study, we characterized charge separation, recombination, and transport in single crystals, exfoliated layers, and polycrystalline thin films of butylammonium lead iodide (BA2PbI4), one of the most prominent 2D HaPs. We combined complementary defect- and exciton-sensitive methods such as photoluminescence (PL) spectroscopy, modulated and time-resolved surface photovoltage (SPV) spectroscopy, constant final state photoelectron yield spectroscopy (CFSYS), and constant light-induced magneto transport (CLIMAT), to demonstrate striking differences between charge separation induced by dissociation of excitons and by excitation of mobile charge carriers from defect states. Our results suggest that the broad sub-band gap emission in BA2PbI4 and other 2D HaPs is caused by radiative recombination via defect states (shallow as well as midgap states) rather than self-trapped excitons. Density functional theory (DFT) results show that common defects can readily occur and produce an energetic profile that agrees well with the experimental results. The DFT results suggest that the formation of iodine interstitials is the initial process leading to degradation, responsible for the emergence of midgap states, and that defect engineering will play a key role in enhancing the optoelectronic properties of 2D HaPs in the future.

The efficient functioning of perovskite solar cells largely depends on the interaction between perovskite halide materials and the hole‐transport layer poly(3‐hexylthiophene) (P3HT). However, a high rate of nonradiative recombination often hampers this interaction, leading to poor performance of the solar cells. We have developed a technique to modify the interface using a long‐chain alkyl halide molecule called n ‐hexyl trimethylammonium bromide to address this issue. This modification technique significantly improves hole extraction, leading to an impressive open‐circuit voltage of 1.14 V and a power conversion efficiency of 15.8% for inorganic perovskite CsPbI 3 with P3HT as a dopant‐free hole‐transport layer. This breakthrough can pave the way for developing more efficient and sustainable solar cells.