We report photovoltaic performances of all-solid state Sn/Pb halide-based perovskite solar cells. The cell has the following composition: F-doped SnO2 layered glass/compact titania layer/porous titania layer/CH3NH3SnxPb(1-x)I3/regioregular poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl). Sn halide perovskite itself did not show photovoltaic properties. Photovoltaic properties were observed when PbI2 was added in SnI2. The best performance was obtained by using CH3NH3Sn0.5Pb0.5I3 perovskite. 4.18% efficiency with open circuit voltage 0.42 V, fill factor 0.50, and short circuit current 20.04 mA/cm(2) are reported. The edge of the incident photon to current efficiency curve reached 1060 nm, which was 260 nm red-shifted compared with that of CH3NH3PbI3 perovskite solar cells.

Perovskite quantum dots (QDs) as a new type of colloidal nanocrystals have gained significant attention for both fundamental research and commercial applications owing to their appealing optoelectronic properties and excellent chemical processability. For their wide range of potential applications, synthesizing colloidal QDs with high crystal quality is of crucial importance. However, like most common QD systems such as CdSe and PbS, those reported perovskite QDs still suffer from a certain density of trapping defects, giving rise to detrimental nonradiative recombination centers and thus quenching luminescence. In this paper, we show that a high room-temperature photoluminescence quantum yield of up to 100% can be obtained in CsPbI3 perovskite QDs, signifying the achievement of almost complete elimination of the trapping defects. This is realized with our improved synthetic protocol that involves introducing organolead compound trioctylphosphine-PbI2 (TOP-PbI2) as the reactive precursor, which also leads to a significantly improved stability for the resulting CsPbI3 QD solutions. Ultrafast kinetic analysis with time-resolved transient absorption spectroscopy evidence the negligible electron or hole-trapping pathways in our QDs, which explains such a high quantum efficiency. We expect the successful synthesis of the "ideal" perovskite QDs will exert profound influence on their applications to both QD-based light-harvesting and -emitting devices.

Quantum dot sensitized solar cells (QDSCs) have attracted significant attention as promising third-generation photovoltaic devices. In the form of quantum dots (QDs), the semiconductor sensitizers have very useful and often tunable properties; moreover, their theoretical thermodynamic efficiency might be as high as 44%, better than the original 31% calculated ceiling. Unfortunately, the practical performance of these devices still lags behind that of dye-sensitized solar cells. In this Account, we summarize the strategies for depositing CdSe quantum dots on nanostructured mesoporous TiO(2) electrodes and discuss the methods that facilitate improvement in the performance and stability of QDSCs. One particularly significant factor for solar cells that use polysulfide electrolyte as the redox couple, which provides the best performance among QDSCs, is the passivation of the photoanode surface with a ZnS coating, which leads to a dramatic increase of photocurrents and efficiencies. However, these solar cells usually show a poor current-potential characteristic, so a general investigation of the recombination mechanisms is required for improvements. A physical model based on recombination through a monoenergetic TiO(2) surface state that takes into account the effect of the surface coverage has been developed to better understand the recombination mechanisms of QDSCs. The three main methods of QD adsorption on TiO(2) are (i) in situ growth of QDs by chemical bath deposition (CBD), (ii) deposition of presynthesized colloidal QDs by direct adsorption (DA), and (iii) deposition of presynthesized colloidal QDs by linker-assisted adsorption (LA). A systematic investigation by impedance spectroscopy of QDSCs prepared by these methods showed a decrease in the charge-transfer resistance and increased electron lifetimes for CBD samples; the same result was found after ZnS coating because of the covering of the TiO(2) surface. The increase of the lifetime with the ZnS treatment has also been checked independently by open-circuit potential (V(oc)) decay measurements. Despite the lower recombination rates by electron transfer to electrolyte as well as the higher light absorption of CBD samples, only a moderate increase of photocurrent compared with colloidal QD samples is obtained, indicating the presence of an additional, internal recombination pathway in the closely packed QD layer.

The authors have demonstrated an approach to sensitized-type solar cells, based on TiO2 inverse opal and the use of CdSe quantum dots (QDs) as sensitizers. CdSe QDs were grown in situ on TiO2 inverse opal electrodes, utilizing a chemical bath deposition method. All of the photovoltaic performances, including short circuit photocurrent density, open circuit voltage, fill factor, and efficiency, were significantly improved by surface modification with ZnS and fluoride ions. A power conversion efficiency of about 2.7% has been attained, under solar illumination of 100mW∕cm2. This value is relatively high for metal oxide solar cells, sensitized with semiconductor QDs.

Solar cells based on a mesoporous structure of TiO2 and the polysulfide redox electrolyte were prepared by direct adsorption of colloidal CdSe quantum dot light absorbers onto the oxide without any particular linker. Several factors cooperate to improve the performance of quantum-dot-sensitized solar cells: an open structure of the wide bandgap electron collector, which facilitates a higher covering of the internal surface with the sensitizer, a surface passivation of TiO2 to reduce recombination and improved counter electrode materials. As a result, solar cells of 1.83% efficiency under full 1 sun illumination intensity have been obtained. Despite a relatively large short circuit current (J(sc) = 7.13 mA cm(-2)) and open circuit voltage (V(oc) = 0.53 V), the colloidal quantum dot solar cell performance is still limited by a low fill factor of 0.50, which is believed to arise from charge transfer of photogenerated electrons to the aqueous electrolyte.

CdSe quantum dots (QDs) were adsorbed onto nanostructured TiO2 films for different times by using a chemical bath deposition method in order to produce QD-sensitized solar cells (QDSSCs). Surface modification was done by coating ZnS onto the CdSe QDs. The optical absorption and current-voltage characteristics of these devices were studied. The size of the CdSe QDs increased with increasing adsorption time, and there was an optimum CdSe adsorption time for achieving the best photovoltaic conversion efficiency. The photovoltaic properties of short-circuit current density, open-circuit voltage, and photovoltaic conversion efficiency were significantly improved after modifying the surface with ZnS. Under a solar illumination of 100 mW/cm2, an efficiency as high as 2.02% was achieved for the CdSe QDSSCs that were made by using this method.

Organic–inorganic hybrid perovskite solar cells have demonstrated unprecedented high power conversion efficiencies in the past few years. Now, the universal instability of the perovskites has become the main barrier for this kind of solar cells to realize commercialization. This situation can be even worse for those tin-based perovskites, especially for CsSnI3, because upon exposure to ambient atmosphere the desired black orthorhombic phase CsSnI3 would promptly lose single crystallinity and degrade to the inactive yellow phase, followed by irreversible oxidation into metallic Cs2SnI6. By alloying CsSnI3 with CsPbI3, we herein report the synthesis of alloyed perovskite quantum dot (QD), CsSn1–xPbxI3, which not only can be phase-stable for months in purified colloidal solution but also remains intact even directly exposed to ambient air, far superior to both of its parent CsSnI3 and CsPbI3 QDs. Ultrafast transient absorption spectroscopy studies reveal that the photoexcited electrons in the alloyed QDs can be injected into TiO2 nanocrystals at a fast rate of 1.12 × 1011 s–1, which enables a high photocurrent generation in solar cells.

At present, the photovoltaic performance of quantum dot-sensitized solar cells (QDSCs) is still much lower than conventional DSCs. Appropriate porous TiO(2) photoanodes for QDSCs need to be further investigated, and optimization of the nanoparticle-based photoanodes is highly desirable as well. In this article, the influence of the structural properties of various TiO(2) photoanodes on CdS/CdSe-sensitized solar cells have been systematically studied. Quantitative analyses of light-harvesting efficiency (LHE) and electron-transfer yield (Φ(ET)) for the QDSCs are investigated for the first time. It is revealed that the LHE increases in the long wavelength region with the addition of large size TiO(2) particles to the transparent film. In the meantime, the balance between the light scattering and surface area also needs to be controlled, which can significantly restrain the dark current of the device. A double-layer photoanodic structure can give 4.92% of light-to-electricity conversion efficiency with a photoactive area of 0.15 cm(2).

Lead-free tin perovskite solar cells (PSCs) show the most promise to replace the more toxic lead-based perovskite solar cells. However, the efficiency is significantly less than that of lead-based PSCs as a result of low open-circuit voltage. This is due to the tendency of Sn2+ to oxidize into Sn4+ in the presence of air together with the formation of defects and traps caused by the fast crystallization of tin perovskite materials. Here, post-treatment of the tin perovskite layer with edamine Lewis base to suppress the recombination reaction in tin halide PSCs results in efficiencies higher than 10%, which is the highest reported efficiency to date for pure tin halide PSCs. The X-ray photoelectron spectroscopy data suggest that the recombination reaction originates from the nonstoichiometric Sn:I ratio rather than the Sn4+:Sn2+ ratio. The amine group in edamine bonded the undercoordinated tin, passivating the dangling bonds and defects, resulting in suppressed charge carrier recombination.

Among the third-generation photovoltaic devices, much attention is being paid to the so-called Quantum Dot sensitized Solar Cells (QDSCs). The currently poor performance of QDSCs seems to be efficiently patched by the ZnS treatment, increasing the output parameters of the devices, albeit its function remains rather unclear. Here new insights into the role of the ZnS layer on the QDSC performance are provided, revealing simultaneously the most active recombination pathways. Optical and AFM characterization confirms that the ZnS deposit covers, at least partially, both the TiO2 nanoparticles and the QDs (CdSe). Photoanodes submitted to the ZnS treatment before and/or after the introduction of colloidal CdSe QDs were studied by electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry and photocurrent experiments. The corresponding results prove that the passivation of the CdSe QDs rather than the blockage of the TiO2 surface is the main factor leading to the efficiency improvement. In addition, a study of the ultrafast carrier dynamics by means of the Lens-Free Heterodyne Detection Transient Grating technique indicates that the ZnS shell also increases the rate of electron transfer. The dual role of the ZnS layer should be kept in mind in the quest for new modifiers for enhancing the performance of QDSCs.