Trap-assisted recombination, despite being lower as compared with traditional inorganic solar cells, is still the dominant recombination mechanism in perovskite solar cells (PSCs) and limits their efficiency. We investigate the attributes of the primary trap-assisted recombination channels (grain boundaries and interfaces) and their correlation to defect ions in PSCs. We achieve this by using a validated device model to fit the simulations to the experimental data of efficient vacuum-deposited p-i-n and n-i-p CH3NH3PbI3 solar cells, including the light intensity dependence of the open-circuit voltage and fill factor. We find that, despite the presence of traps at interfaces and grain boundaries (GBs), their neutral (when filled with photogenerated charges) disposition along with the long-lived nature of holes leads to the high performance of PSCs. The sign of the traps (when filled) is of little importance in efficient solar cells with compact morphologies (fused GBs, low trap density). On the other hand, solar cells with noncompact morphologies (open GBs, high trap density) are sensitive to the sign of the traps and hence to the cell preparation methods. Even in the presence of traps at GBs, trap-assisted recombination at interfaces (between the transport layers and the perovskite) is the dominant loss mechanism. We find a direct correlation between the density of traps, the density of mobile ionic defects, and the degree of hysteresis observed in the current-voltage (J-V) characteristics. The presence of defect states or mobile ions not only limits the device performance but also plays a role in the J-V hysteresis.

The diode behavior of photovoltaic devices based on methylammonium lead iodide (MAPbI3) perovskites is examined, in combination with electroluminescence measurements. From this analysis the diode ideality factors are extracted, which indicate that non-radiative trap-assisted recombination is the dominant recombination pathway, primarily caused by the presence of electron traps.

Perovskite solar cells are analyzed by photo- and electroluminescence hyperspectral imaging. Significant spatial inhomogeneities in the quasi-Fermi level splitting are observed.

High open circuit voltage solar cells are obtained employing two methyl-ammonium lead iodide absorbers in a monolithic tandem configuration joined by a molecular charge recombination layer.

A variety of experiments on vacuum-deposited methylammonium lead iodide perovskite solar cells are presented, including JV curves with different scan rates, light intensity-dependent open-circuit voltage, impedance spectra, intensity-modulated photocurrent spectra, transient photocurrents, and transient voltage step responses. All these experimental data sets are successfully reproduced by a charge drift-diffusion simulation model incorporating mobile ions and charge traps using a single set of parameters. While previous modeling studies focused on a single experimental technique, we combine steady-state, transient, and frequency-domain simulations and measurements. Our study is an important step toward quantitative simulation of perovskite solar cells, leading to a deeper understanding of the physical effects in these materials. The analysis of the transient current upon voltage turn-on in the dark reveals that the charge injection properties of the interfaces are triggered by the accumulation of mobile ionic defects. We show that the current rise of voltage step experiments allow for conclusions about the recombination at the interface. Whether one or two mobile ionic species are used in the model has only a minor influence on the observed effects. A delayed current rise observed upon reversing the bias from +3 to -3 V in the dark cannot be reproduced yet by our drift-diffusion model. We speculate that a reversible chemical reaction of mobile ions with the contact material may be the cause of this effect, thus requiring a future model extension. A parameter variation is performed in order to understand the performance-limiting factors of the device under investigation.

A series of monoanionic Ir(III) complexes (2-4) of general formula [Ir(C^N)2(b-trz)](TBA) are presented, where C^N indicates three different cyclometallating ligands (Hppy = 2-phenylpyridine; Hdfppy = 2-(2,4-difluoro-phenyl)pyridine; Hpqu = 2-methyl-3-phenylquinoxaline), b-trz is a bis-tetrazolate anionic N^N chelator (H2b-trz = di(1H-tetrazol-5-yl)methane), and TBA = tetrabutylammonium. 2-4 are prepared in good yields by means of the reaction of the suitable b-trz bidentate ligand with the desired iridium(III) precursor. The chelating nature of the ancillary ligand, thanks to an optimized structure and geometry, improves the stability of the complexes, which have been fully characterized by NMR spectroscopy and high-resolution MS, while X-ray structure determination confirmed the binding mode of the b-trz ligand. Density functional theory calculations show that the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) are mainly localized on the metal center and the cyclometalating ligands, while the bis-tetrazolate unit does not contribute to the frontier orbitals. By comparison with selected classes of previously published cationic and anionic complexes with high ligand field and even identical cyclometallating moieties, it is shown that the HOMO-LUMO gap is similar, but the absolute energy of the frontier orbitals is remarkably higher for anionic vs cationic compounds, due to electrostatic effects. 2-4 exhibit reversible oxidation and reduction processes, which make them interesting candidates as active materials for light emitting electrochemical cells, along with red, green, and blue emission, thanks to the design of the C^N ligands. Photoluminescence quantum yields range from 28% (4, C^N = pqu, red emitter) to 83% (3, C^N = dfppy, blue emitter) in acetonitrile, with the latter compound reaching 95% in poly(methyl methacrylate) (PMMA) matrix. In thin films, the photoluminescence quantum yield decreases substantially probably due to the small intersite distance between the complexes and the presence of quenching sites. In spite of this, surprisingly stable electroluminescence was observed for devices employing complex 2, demonstrating the robustness of the anionic compounds.

We study the properties of the series of compounds Cs_0.15FA_0.85Pb(Br_xI_1−x)3, aiming to develop an efficient complementary absorber for MAPbI₃ in all-perovskite tandems. A bromide content of 0.7 leads to a band gap of 2 eV and a maximum PCE of 11.5% in solar cells, among the highest reported for band gaps wider than 1.8 eV.

The tunability of the optoelectrical properties upon compositional modification is a key characteristic of metal halide perovskites. In particular, bandgaps narrower than those in conventional lead‐based perovskites are essential to achieve the theoretical efficiency limit of single‐absorber solar cells, as well as develop multijunction tandem devices. Herein, the solvent‐free vacuum deposition of a narrow bandgap perovskite based on tin–lead metal and formamidinium cation is reported. Pinhole‐free films with 1.28 eV bandgap are obtained by thermal codeposition of precursors. The optoelectrical quality of these films is demonstrated by their use in solar cells with a power conversion efficiency of 13.98%.