The performance of perovskite solar cells is predominantly limited by non-radiative recombination, either through trap-assisted recombination in the absorber layer or via minority carrier recombination at the perovskite/transport layer interfaces. Here, we use transient and absolute photoluminescence imaging to visualize all non-radiative recombination pathways in planar pin-type perovskite solar cells with undoped organic charge transport layers. We find significant quasi-Fermi-level splitting losses (135 meV) in the perovskite bulk, whereas interfacial recombination results in an additional free energy loss of 80 meV at each individual interface, which limits the open-circuit voltage (VOC) of the complete cell to ~1.12 V. Inserting ultrathin interlayers between the perovskite and transport layers leads to a substantial reduction of these interfacial losses at both the p and n contacts. Using this knowledge and approach, we demonstrate reproducible dopant-free 1 cm2 perovskite solar cells surpassing 20% efficiency (19.83% certified) with stabilized power output, a high VOC (1.17 V) and record fill factor (>81%). Non-radiative recombination is a critical limiting factor for perovskite solar cell performance. Stolterfoht et al. visualize the various recombination pathways in planar pin cells with photoluminescence imaging and use it to design improved solar cells with 1 cm2 areas and ~20% efficiency.

Major growth in the image sensor market is largely as a result of the expansion of digital imaging into cameras, whether stand-alone or integrated within smart cellular phones or automotive vehicles. Applications in biomedicine, education, environmental monitoring, optical communications, pharmaceutics and machine vision are also driving the development of imaging technologies. Organic photodiodes (OPDs) are now being investigated for existing imaging technologies, as their properties make them interesting candidates for these applications. OPDs offer cheaper processing methods, devices that are light, flexible and compatible with large (or small) areas, and the ability to tune the photophysical and optoelectronic properties - both at a material and device level. Although the concept of OPDs has been around for some time, it is only relatively recently that significant progress has been made, with their performance now reaching the point that they are beginning to rival their inorganic counterparts in a number of performance criteria including the linear dynamic range, detectivity, and color selectivity. This review covers the progress made in the OPD field, describing their development as well as the challenges and opportunities.

The performance of photodetectors fabricated from emerging semiconductors such as perovskites, quantum dots, two-dimensional materials or organics, for example, can be prone to misinterpretation. This Comment exposes the problems and proposes some guidelines for accurate characterization.

Wavelength-selective light detection is crucial for many applications, including imaging and machine vision. Narrowband spectral responses are required for colour discrimination, and current systems use broadband photodiodes combined with optical filters. This approach increases the architectural complexity and limits the quality of colour sensing. Here we report a method for tuning the spectral response to give filterless, narrowband red, green and blue photodiodes. The devices have simple planar junction architectures with the photoactive layer being a solution-processed mixture of either an organohalide perovskite or lead halide semiconductor and an organic (macro)molecule. The organic (macro)molecules modify the optical and electrical properties of the photodiode and facilitate charge collection narrowing of the device's external quantum efficiency. These red, green and blue photodiodes all possess full-width at half-maxima of <100 nm and performance metrics suitable for many imaging applications. Photodiodes with an intrinsic narrow spectral response make it possible to discriminate between red, green and blue light without the need for any optical filters.

The mixed caesium and formamidinium lead triiodide perovskite system (Cs1−xFAxPbI3) in the form of quantum dots (QDs) offers a pathway towards stable perovskite-based photovoltaics and optoelectronics. However, it remains challenging to synthesize such multinary QDs with desirable properties for high-performance QD solar cells (QDSCs). Here we report an effective oleic acid (OA) ligand-assisted cation-exchange strategy that allows controllable synthesis of Cs1−xFAxPbI3 QDs across the whole composition range (x = 0–1), which is inaccessible in large-grain polycrystalline thin films. In an OA-rich environment, the cross-exchange of cations is facilitated, enabling rapid formation of Cs1−xFAxPbI3 QDs with reduced defect density. The hero Cs0.5FA0.5PbI3 QDSC achieves a certified record power conversion efficiency (PCE) of 16.6% with negligible hysteresis. We further demonstrate that the QD devices exhibit substantially enhanced photostability compared with their thin-film counterparts because of suppressed phase segregation, and they retain 94% of the original PCE under continuous 1-sun illumination for 600 h. Mixed-cation perovskite quantum dot solar cells possess decent phase stability but considerably low efficiency. Here Hao et al. show that ligands are key to the formation of quantum dots with lower defect density and demonstrate devices that are more stable and efficient than their bulk counterparts.

Spectrally selective light detection is vital for full-colour and near-infrared (NIR) imaging and machine vision. This is not possible with traditional broadband-absorbing inorganic semiconductors without input filtering, and is yet to be achieved for narrowband absorbing organic semiconductors. We demonstrate the first sub-100 nm full-width-at-half-maximum visible-blind red and NIR photodetectors with state-of-the-art performance across critical response metrics. These devices are based on organic photodiodes with optically thick junctions. Paradoxically, we use broadband-absorbing organic semiconductors and utilize the electro-optical properties of the junction to create the narrowest NIR-band photoresponses yet demonstrated. In this context, these photodiodes outperform the encumbent technology (input filtered inorganic semiconductor diodes) and emerging technologies such as narrow absorber organic semiconductors or quantum nanocrystals. The design concept allows for response tuning and is generic for other spectral windows. Furthermore, it is material-agnostic and applicable to other disordered and polycrystalline semiconductors. There is a growing interest in the development of narrowband photodiodes for full-color imaging and visible-blind near-infrared detection. Armin et al.show a sub-100 nm response by tuning the spectral bandwidth through regulating the charge collection efficiency in a thick organic bulk heterojunction.

Abstract Organic solar cells are composed of electron donating and accepting organic semiconductors. Whilst a significant palette of donors has been developed over three decades, until recently only a small number of acceptors have proven capable of delivering high power conversion efficiencies. In particular the fullerenes have dominated the landscape. In this perspective, the emergence of a family of materials–the non‐fullerene acceptors (NFAs) is described. These have delivered a discontinuous advance in cell efficiencies, with the significant milestone of 20% now in sight. Intensive international efforts in synthetic chemistry have established clear design rules for molecular engineering enabling an ever‐expanding number of high efficiency candidates. However, these materials challenge the accepted wisdom of how organic solar cells work and force new thinking in areas such as morphology, charge generation and recombination. This perspective provides a historical context for the development of NFAs, and also addresses current thinking in these areas plus considers important manufacturability criteria. There is no doubt that the NFAs have propelled organic solar cell technology to the efficiencies necessary for a viable commercial technology–but how far can they be pushed, and will they also deliver on equally important metrics such as stability?

Melanins are pigmentary macromolecules found throughout the biosphere that, in the 1970s, were discovered to conduct electricity and display bistable switching. Since then, it has been widely believed that melanins are naturally occurring amorphous organic semiconductors. Here, we report electrical conductivity, muon spin relaxation, and electron paramagnetic resonance measurements of melanin as the environmental humidity is varied. We show that hydration of melanin shifts the comproportionation equilibrium so as to dope electrons and protons into the system. This equilibrium defines the relative proportions of hydroxyquinone, semiquinone, and quinone species in the macromolecule. As such, the mechanism explains why melanin at neutral pH only conducts when “wet” and suggests that both carriers play a role in the conductivity. Understanding that melanin is an electronic-ionic hybrid conductor rather than an amorphous organic semiconductor opens exciting possibilities for bioelectronic applications such as ion-to-electron transduction given its biocompatibility.

Solution-processed organohalide perov-skite photodiodes that have performance metrics matching silicon, but are infrared-blind are reported. The perovskite photodiodes operate in the visible band, have low dark current and noise, high specific detectivity, large linear dynamic range, and fast temporal response. Their properties make them promising candidates for imaging applications.