High efficiency combined with transformative roll-to-roll (R2R) printability makes metal halide perovskite-based solar cells the most promising solar technology to address the terawatt challenge of the future energy demand. However, translation from lab-scale deposition solution processing techniques to large-scale R2R methods has typically led to reduced photovoltaic performance. Here, we demonstrate large-scale, highly crystalline, uniaxially oriented, smooth perovskite films printed at room temperature and in the ambient environment. Confirmed with high speed in situ X-ray diffraction measurements, the perovskite films reach 98% of relative crystallinity at room temperature and display high texture within 1 s of the coating. We demonstrate an all-blade-coated metal halide perovskite cell with power conversion efficiency (PCE) up to 19.6%, a slot-die coated cell with a PCE of 17.3%, and a partially R2R slot-die coated flexible glass-based cell efficiency of 14.1%. The developed printing method can be applied to diverse perovskite compositions, enabling a variety of bandgaps to pave the way for the future R2R printing of highly efficient perovskite–perovskite tandem cells.

We present a cation-exchange approach for tunable A-site alloys of cesium (Cs+) and formamidinium (FA+) lead triiodide perovskite nanocrystals that enables the formation of compositions spanning the complete range of Cs1- xFA xPbI3, unlike thin-film alloys or the direct synthesis of alloyed perovskite nanocrystals. These materials show bright and finely tunable emission in the red and near-infrared range between 650 and 800 nm. The activation energy for the miscibility between Cs+ and FA+ is measured (∼0.65 eV) and is shown to be higher than reported for X-site exchange in lead halide perovskites. We use these alloyed colloidal perovskite quantum dots to fabricate photovoltaic devices. In addition to the expanded compositional range for Cs1- xFA xPbI3 materials, the quantum dot solar cells exhibit high open-circuit voltage ( VOC) with a lower loss than the thin-film perovskite devices of similar compositions.

Perovskites are processed from solution; understanding the influence of solution composition on crystallization and degradation is critical to their success.

Abstract Lead halide perovskites have emerged as successful optoelectronic materials with high photovoltaic power conversion efficiencies and low material cost. However, substantial challenges remain in the scalability, stability and fundamental understanding of the materials. Here we present the application of radiative thermal annealing, an easily scalable processing method for synthesizing formamidinium lead iodide (FAPbI 3 ) perovskite solar absorbers. Devices fabricated from films formed via radiative thermal annealing have equivalent efficiencies to those annealed using a conventional hotplate. By coupling results from in situ X-ray diffraction using a radiative thermal annealing system with device performances, we mapped the processing phase space of FAPbI 3 and corresponding device efficiencies. Our map of processing-structure-performance space suggests the commonly used FAPbI 3 annealing time, 10 min at 170 °C, can be significantly reduced to 40 s at 170 °C without affecting the photovoltaic performance. The Johnson-Mehl-Avrami model was used to determine the activation energy for decomposition of FAPbI 3 into PbI 2 .