The synergistic effect of non-stoichiometry and Sb-doping on air-stable α-CsPbI₃ for efficient carbon-based perovskite solar cells

Abstract

α-CsPbI3 with the most suitable band gap for all-inorganic perovskite solar cell (PSC) application faces an issue of phase instability at low temperature in an air atmosphere. Herein, through stoichiometric investigation, α-CsPbI3 is successfully obtained with excess CsI at 110 °C in an air atmosphere. By doping α-CsPbI3 with Sb, phase stability is further enhanced and the film morphology is also improved. Carbon-based perovskite solar cells (C-PSCs) based on CsPb0.96Sb0.04I3 achieve a promising power conversion efficiency (PCE) of 5.18%, a record value for α-CsPbI3-based PSCs without hole transport materials. Significantly, the CsPb0.96Sb0.04I3 C-PSCs retain 93% of the initial PCE after 37 days of storage in an air atmosphere. Therefore, the synergistic effect of non-stoichiometry and Sb-doping presents a promising strategy to design all-inorganic lead halide PSCs with high performance and stability.

Inorganic CsPbIBr2‐Based Perovskite Solar Cells: Fabrication Technique Modification and Efficiency Improvement

“…As an alternative, all‐inorganic perovskites, substituting organic cations (e.g., MA + , FA + ) by inorganic cations (e.g., Cs + , Rb + , K + , etc), are developed with great research passion. Among them, Cs + replacement is a novel attempt as a suitable A site candidate of the ABX 3 perovskite structure (B = Pb 2+ /Sn 2+ /Ge 2+ /Bi 3+ /Sb 3+ /Eu 3+ /Mn 2+ /Sr 2+ , X = I − /Br − /Cl − ). Cs‐based halide perovskites show excellent stability under conditions of light, moisture, and heat .…”

Low Temperature‐Processed Stable and Efficient Carbon‐Based CsPbI2Br Planar Perovskite Solar Cells by In Situ Passivating Grain Boundary and Trap Density

“…It should be noted that no yellow δ‐phase is discernable in X‐ray diffraction (XRD) patterns. This suggests that the yellow phase can be well avoided by using DMSO as the only solvent combined with excess cesium iodide (CsI) even at low temperature . A close evaluation of the magnified (100) peak of CsPbI 2 Br at around 14.6°reveals that the XRD peak position (enlarged in Figure b) does not vary upon adding Pb(SCN) 2 , indicating that SCN − does not participate in the lattice formation.…”

Anorganische CsPbX3‐Perowskit‐Solarzellen: Fortschritte und Perspektiven

“…[122] Die gemischten Pb/Sn-QDs waren in Luft wesentlich stabiler als reines CsPbI 3 ,selbst ohne überkappenden Liganden. Die hauptsächliche Rolle von Ca scheint die Passivierung der Oberfläche/Korngrenzen durch Ca-O-Spezies zu sein, nicht jedoch die Eingliederung von Ca in das Gitter.A ndere Studien untersuchten den Einbau von Sb 3+ [126] und Eu 3+ (vermutlich interstitiell) [127] in CsPbI 3 .D ie Verringerung der Korngrçße (ausgeprägter in Lit. [99] Hu et al führten Bi 3+ ein, das etwas kleiner als Pb 2+ ist, und fanden eine viel grçßere Stabilitäta nd er Luft (55 %R H) im Vergleich zum gleichen Material ohne Bi.…”

“…[99] Hu et al führten Bi 3+ ein, das etwas kleiner als Pb 2+ ist, und fanden eine viel grçßere Stabilitäta nd er Luft (55 %R H) im Vergleich zum gleichen Material ohne Bi. [126] wurde auch gefunden, dass ein Überschuss an CsI in der Lçsung ebenfalls zu einer reduzierten Korngrçße und erhçhter Stabilitätführten. Mit CuI als anorganischem HTM wurde eine sPCE von 13.2 %und V OC = 0.97 Verzielt (für4Atom-% Bi 3+ ); der effektive E g -Wert sank auf 1.56 eV,w as die niedrigere V OC (fürC sPbI 3 )v erglichen mit Werten guter Zellen erklärt.…”

“…Die Kristallstruktur unterschied sich von derjenigen der kubischen CsPbI 3 -QDs;e ss cheint sich um die (schwarze) orthorhombische Phase zu handeln (man vergleiche mit der zuvor diskutierten, offenbar stabilen g-orthorhombischen Phase). [ [126] und Eu 3+ (vermutlich interstitiell) [127] in CsPbI 3 .D ie Verringerung der Korngrçße (ausgeprägter in Lit. [127]) und geometrische Spannung wurden in beiden Fällen als Erklärung fürd ie verbesserte Stabilität herangezogen.…”