The mixed halide perovskites have emerged as outstanding light absorbers for efficient solar cells. Unfortunately, it reveals inhomogeneity in these polycrystalline films due to composition separation, which leads to local lattice mismatches and emergent residual strains consequently. Thus far, the understanding of these residual strains and their effects on photovoltaic device performance is absent. Herein we study the evolution of residual strain over the films by depth-dependent grazing incident X-ray diffraction measurements. We identify the gradient distribution of in-plane strain component perpendicular to the substrate. Moreover, we reveal its impacts on the carrier dynamics over corresponding solar cells, which is stemmed from the strain induced energy bands bending of the perovskite absorber as indicated by first-principles calculations. Eventually, we modulate the status of residual strains in a controllable manner, which leads to enhanced PCEs up to 20.7% (certified) in devices via rational strain engineering.

Oxygen reduction reaction (ORR) catalyst supported by hybrid composite materials is prepared by well-mixing carbon black (CB) with Pt-loaded reduced graphene oxide (RGO). With the insertion of CB particles between RGO sheets, stacking of RGO can be effectively prevented, promoting diffusion of oxygen molecules through the RGO sheets and enhancing the ORR electrocatalytic activity. The accelerated durability test (ADT) demonstrates that the hybrid supporting material can dramatically enhance the durability of the catalyst and retain the electrochemical surface area (ECSA) of Pt: the final ECSA of the Pt nanocrystal on the hybrid support after 20 000 ADT cycles is retained at >95%, much higher than the commercially available catalyst. We suggest that the unique 2D profile of the RGO functions as a barrier, preventing leaching of Pt into the electrolyte, and the CB in the vicinity acts as active sites to recapture/renucleate the dissolved Pt species. We furthermore demonstrate that the working mechanism can be applied to the commercial Pt/C product to greatly enhance its durability.

Novel visible-light-induced Co3O4-g-C3N4 heterojunction photocatalysts were synthesized via a facile mixing-and-heating method. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), ultraviolet–visible diffuse reflection spectroscopy (DRS), electron spin resonance (ESR) and photoluminescence spectroscopy (PL). The heterojunction photocatalysts exhibit a significantly enhanced photocatalytic activity in degrading methyl orange (MO). The optimal Co3O4 content with the highest photocatalytic activity was determined to be 0.2 wt%. The synergetic effect between Co3O4 and g-C3N4 plays an important role in promoting photo-generated carrier separation. The ESR and PL results reveals that the enhanced photocatalytic activity of Co3O4-g-C3N4 was mainly due to the superior amount and longer lifetime of oxidative radicals (O2−), as well as the efficient separation of charge carriers. Possible mechanism is proposed for the high photocatalytic activity of heterojunction structures, to guide the design of photocatalysts.

Automatic upgrade: Attachment of gold nanoparticles (NPs) onto upconversion nanocrystals (NCs) results in plasmonic interactions that lead to a significant enhancement of upconversion emission of more than 2.5. Conversely, formation of a gold shell greatly suppresses the NC emission because of considerable scattering of excitation irradiation (see picture; a=NC before seed attachment; b, c=NC with attached Au NPs; c=NC with Au shell; scale bar=50 nm).

We report the synthesis of vertical silicon nanowire array through a two-step metal-assisted chemical etching of highly doped n-type silicon (100) wafers in a solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide. The morphology of the as-grown silicon nanowires is tunable from solid nonporous nanowires, nonporous/nanoporous core/shell nanowires, to entirely nanoporous nanowires by controlling the hydrogen peroxide concentration in the etching solution. The porous silicon nanowires retain the single crystalline structure and crystallographic orientation of the starting silicon wafer and are electrically conductive and optically active with visible photoluminescence. The combination of electronic and optical properties in the porous silicon nanowires may provide a platform for novel optoelectronic devices for energy harvesting, conversion, and biosensing.

To improve the photovoltaic performance (both efficiency and stability) in hybrid organic-inorganic halide perovskite solar cells, perovskite lattice distortion is investigated with regards to residual stress (and strain) in the polycrystalline thin films. It is revealed that residual stress is concentrated at the surface of the as-prepared film, and an efficient method is further developed to release this interfacial stress by A site cation alloying. This results in lattice reconstruction at the surface of polycrystalline thin films, which in turn results in low elastic modulus. Thus, a "bone-joint" configuration is constructed within the interface between the absorber and the carrier transport layer, which improves device performance substantially. The resultant photovoltaic devices exhibit an efficiency of 21.48% with good humidity stability and improved resistance against thermal cycling.

Recently, metal halide perovskite photovoltaics (PV) are marching toward commercialization. The possibility for perovskite absorbers to be incorporated into multi-junction solar cells is also being discussed, which suggests alternative market entry. Although intensive investigations are being made on their technical feasibility, serious analysis on the cost of perovskite-based tandem modules is lacking. The levelized cost of electricity (LCOE) of solar modules is often used to evaluate technoeconomic competitiveness. Here, we performed a detailed cost analysis on two perovskite-based tandem modules (the perovskite/c-silicon and the perovskite/perovskite tandem module) compared with standard multi-crystalline silicon and single-junction perovskite solar cells. We found that perovskite PVs (both single junction and multi-junction) are competitive in the context of LCOE if the module lifetime is comparable with that of c-silicon solar cells. This encourages further efforts to push perovskite tandem modules onto the market in the future.

The power conversion efficiency of organic-inorganic hybrid perovskite solar cells has increased rapidly, but the device stability remains a big challenge. Previous studies show the grain boundary (GB) can facilitate ion migration and initiate device degradation. Herein, methimazole (MMI) is employed for the first time to construct a surface "patch" by in situ converting residual PbI