Efficient all-perovskite tandem cells Organic-inorganic perovskite films can boost the output of conventional silicon solar cells in tandem geometries by utilizing more of the light at the blue end of the solar spectrum. Tandem cells that use only perovskite films have been less successful because of the lack of a suitable material with a low bandgap that can replace silicon. Tong et al. report that a mixed tin-lead organic-inorganic material containing a small fraction of guanidinium thiocyanate has a low bandgap, long charge-carrier lifetime, and efficiencies around 25%. Science , this issue p. 475

We report annealing-free compact TiO_x layer by atomic layer deposition for high efficiency flexible perovskite solar cells, and maintained 95% of the initial PCE after 1000 bending cycles with 10 mm bending radius.

Perovskite solar cells have made tremendous progress using laboratory-scale spin-coating methods in the past few years owing to advances in controls of perovskite film deposition. However, devices made via scalable methods are still lagging behind state-of-the-art spin-coated devices because of the complicated nature of perovskite crystallization from a precursor state. Here we demonstrate a chlorine-containing methylammonium lead iodide precursor formulation along with solvent tuning to enable a wide precursor-processing window (up to ∼8 min) and a rapid grain growth rate (as short as ∼1 min). Coupled with antisolvent extraction, this precursor ink delivers high-quality perovskite films with large-scale uniformity. The ink can be used by both spin-coating and blade-coating methods with indistinguishable film morphology and device performance. Using a blade-coated absorber, devices with 0.12-cm2 and 1.2-cm2 areas yield average efficiencies of 18.55% and 17.33%, respectively. We further demonstrate a 12.6-cm2 four-cell module (88% geometric fill factor) with 13.3% stabilized active-area efficiency output. Perovskite-based solar cells are often fabricated by methods that are not industrially scalable. Here, Yang et al. develop an ink formulation which gives similar devices by spin coating, the lab-scale standard, and blade coating, which is a more scalable, industry-relevant deposition method.

Extrinsic ions (e.g., Li⁺) migrate across perovskite solar cells and modify the TiO₂ layer, affecting device performance and hysteresis.

Engineering perovskites with anions The bandgap of the perovskite top layer in tandem silicon solar cells must be tuned to ∼1.7 electron volts. Usually, the cation composition is varied because the bromine-rich anion compositions with wide bandgaps are structurally unstable. Kim et al. show that by using phenethylammonium as a two-dimensional additive, along with iodine and thiocyanate, bromine-rich perovskite films can be stabilized. A tandem silicon cell delivered >26% certified power conversion efficiency, and a perovskite device maintained 80% of its initial power conversion efficiency of >20% after 1000 hours under illumination. Science , this issue p. 155

Abstract Organometallic halide perovskite solar cells (PSCs) have shown great promise as a low-cost, high-efficiency photovoltaic technology. Structural and electro-optical properties of the perovskite absorber layer are most critical to device operation characteristics. Here we present a facile fabrication of high-efficiency PSCs based on compact, large-grain, pinhole-free CH 3 NH 3 PbI 3−x Br x (MAPbI 3− x Br x ) thin films with high reproducibility. A simple methylammonium bromide (MABr) treatment via spin-coating with a proper MABr concentration converts MAPbI 3 thin films with different initial film qualities (for example, grain size and pinholes) to high-quality MAPbI 3− x Br x thin films following an Ostwald ripening process, which is strongly affected by MABr concentration and is ineffective when replacing MABr with methylammonium iodide. A higher MABr concentration enhances I–Br anion exchange reaction, yielding poorer device performance. This MABr-selective Ostwald ripening process improves cell efficiency but also enhances device stability and thus represents a simple, promising strategy for further improving PSC performance with higher reproducibility and reliability.

A BiVO₄ with a preferred [001] orientation and exposed {001} facets were grown epitaxially on FTO via a laser ablation, achieving the state-of-the-art photoelectrochemical performance for solar water-oxidation.

Organic–inorganic halide perovskites incorporating two-dimensional (2D) structures have shown promise for enhancing the stability of perovskite solar cells (PSCs). However, the bulky spacer cations often limit charge transport. Here, we report on a simple approach based on molecular design of the organic spacer to improve the transport properties of 2D perovskites, and we use phenethylammonium (PEA) as an example. We demonstrate that by fluorine substitution on the para position in PEA to form 4-fluorophenethylammonium (F-PEA), the average phenyl ring centroid–centroid distances in the organic layer become shorter with better aligned stacking of perovskite sheets. The impact is enhanced orbital interactions and charge transport across adjacent inorganic layers as well as increased carrier lifetime and reduced trap density. Using a simple perovskite deposition at room temperature without using any additives, we obtained a power conversion efficiency of >13% for (F-PEA)2MA4Pb5I16-based PSCs. In addition, the thermal stability of 2D PSCs based on F-PEA is significantly enhanced compared to those based on PEA.

Perovskite based photovoltaic devices hold the promise to greatly reduce the cost of solar energy production; however, this potential depends greatly on the ability to deposit perovskite active layers using large scale deposition methods such as slot-die coating without sacrificing efficiency.