Light-induced effects on crystal size and photo-stability of colloidal CsPbBr3 perovskite nanocrystals

CsPbBr3 perovskite nanocrystals (PNCs) have been synthesized using the hot injection method. The CsPbBr3 PNCs exhibit a high photoluminescence quantum yield (PLQY) of 73%. A comprehensive study of UV light interaction with the CsPbBr3 PNCs was performed. SEM images, photolumines- cence spectra, x-ray Diffraction and PLQY measurements were obtained for different time of UV exposure. The exposure to UV light modifies the crystal size (from 10 ×10 nm to 12 × 95 nm) and morphology (change from nanocubic to nanorods form). The XRD spectra show a change from tetragonal to cubic crystalline structure. In addition, the interaction of UV light modifies the optical properties of the PNCs by varying the photoluminescence. The material remains stable for a period of 1 h, however, with exposure to UV light, the PNCs show a decrement in QY from 73.3% to 46.6% after 30 days. These results indicate that light-induce variation in morphological and photo-stability of CsPbBr3 PNCs

Optimización de celdas solares sensibilizadas por puntos cuánticos de CdS por medio de la fabricación de un prototipo SILAR

Currently, the solar device fabrication to obtain electrical energy from solar energy at low cost and high efficiency is one of the challenges in the world. In this work, it is presented a machine prototype that automate the successive ionic layer reaction and adsorption (SILAR) technique with the propose to obtain quantum dots. This technique is very used in the fabrication of quantum dots sensitized solar cells. The automate design of the prototype provide several benefits in the fabrication of solar cells as optimization of the deposit time, the reduction of the material and the reduction of the final cost.Hoy en día, la fabricación de dispositivos capaces de convertir energía solar a energía eléctrica de bajo costo y altamente eficientes es uno de los grandes desafíos para los investigadores en todo el mundo. En este trabajo, se presentará un prototipo que automatiza la técnica de adsorción y reacción sucesiva de capas iónicas (SILAR, por sus siglas en inglés) para crecer puntos cuánticos. Esta técnica es considerada como una innovación en fabricación de celdas solares, principalmente en las celdas solares sensibilizadas con puntos cuánticos o de tercera generación. Se fabricó una celda solar a base de puntos cuánticos específicamente de sulfuro de cadmio (CdS). El diseño automático del sistema de depósito proporciona varios beneficios como optimizar el tiempo de depósito del material, reducir los costos de fabricación y la reducción materiales empleados

Obtención de propiedades optoelectrónicas de celdas solares de perovskitas por medio de simulación

Perovskite solar cells are based on the formula MAPbX3 where MA corresponds to methyl-ammonium (CH3NH3) and X can be either I, Cl or Br. This compound is a semiconductor material that has recently received much interest as a photovoltaic material due to its high photo- conversion efficiency (~20%) in addition to its low fabrication cost. In this work, simulations and computer modeling were developed to obtain optoelectronic properties of perovskites. Several structures of perovskites were simulated (MAPbX3 and CsPbX3) to obtain optical properties such as the energy band gap. These results were compared to experimental values. For this research, the Materials Studio simulation package was used to design the crystal structures of perovskites (MAPbX3 and CsPbX3). Additionally, the CASTEP module allowed the estimation of the band gap of the different structures of perovskite using an algorithm based on density functional theory (DFT). These results would aid the optimization of the fabrication processes of perovskite solar cells with different structures.Las celdas solares de perovskitas se basan en la fórmula MAPbX3 donde MA corresponde al metilamonio (CH3NH3) y X puede ser I, Cl o Br. Este compuesto es un material semiconductor que en los últimos años ha generado gran interés como material fotovoltaico debido a su alta eficiencia de fotoconversión energética (~20%) además de su bajo costo de fabricación. En este trabajo se realizó la simulación y modelado por computadora de perovskitas para obtener sus propiedades optoelectrónicas. Se simularon diferentes estructuras de perovskita (MAPbX3 y CsPbX3) y se obtuvieron propiedades ópticas como la brecha energética. Se compararon los resultados obtenidos con resultados experimentales. Para esta investigación, se utilizó el simulador Materials Studio para el diseño de las estructuras cristalinas de perovskita (MAPbX3 y CsPbX3). Adicionalmente, el módulo CASTEP, permitió estimar la brecha energética de las diferentes estructuras de perovskita mediante un algoritmo basado en la teoría funcional de la densidad (DFT). Con estos resultados se pretende optimizar los procesos de fabricación de celdas de perovskita de diferentes estructuras

Estudio de las propiedades eléctricas de celdas solares sensibilizadas por puntos cuánticos de CdS/ZnS

In this work, was carried out a study of the electrical properties of quantum dots sensitized solar cells with cadmium, zinc and sulfur (CdZnS) quantum dots. The objective is to increase the absorption light in the electromagnetic spectrum through the growth of the material. In this work, quantum dots sensitized solar cells were manufactured with the TiO2/CdS/ZnS configuration. An experimental investigation was carried out varying the concentration of the deposits of the films to analyze how the electrical properties of the solar cells are affected by the thickness of each films.En este trabajo se realizó un estudio de las propiedades eléctricas de celdas solares sensibilizadas por puntos cuánticos a base de cadmio zinc azufre ( CdZnS). El objetivo es aumentar la absorción de luz en el espectro electromagnético por medio del crecimiento del material. En este trabajo, se fabricaron celdas solares sensibilizadas por puntos cuánticos con la configuración TiO2/CdS/ZnS. Se realizó una investigación experimental variando las concentraciones de los depósitos de las películas para analizar cómo las propiedades eléctricas de las celdas solares son afectas por el espesor de cada una de las películas

Study of inverted planar CH3NH3PbI3 perovskite solar cells fabricated under environmental conditions

Organic-inorganic inverted perovskite solar cells have been analyzed. This structure uses organic semiconductors as electron and hole selective electrodes and the perovskite as light harvesting layer. The anti-solvent deposition method is a frequently used techniques in the elaboration of conventional perovskite solar cells (FTO/TiO2/ CH3NH3PbI3/Spiro-OMetad/Au). However, the anti-solvent method is seldom used in the inverted structure. In this work, we use the anti-solvent method to fabricate the perovskite film for solar cells in the ITO/PEDOT:PSS/ CH3NH3PbI3/PC61BM/Ag configuration, systematically studying the effect of the anti-solvent dripping time and the relative humidity in cell fabrication and performance. The morphological, optical and photovoltaic analyses indicate that the right combination of these two parameters will result in a preferential crystal growth in the (1 1 0) orientation. This allows the formation of homogeneous pinhole-free films that enhance light harvesting and reduce charge-carrier leakage, hence increasing short circuit current and fill factor to obtain a photo-con- version efficiency of about ∼10%

Celdas solares de tercera generación a base de puntos cuánticos y perovskitas

Third generation solar cells are photovoltaic devices fabricated with low cost materials and are attractive because the cost to efficiency ratio is significantly reduced. These devices are fabricated using semiconductor materials with a structure in the nanoscale. At these dimensions, these materials present interesting optical and electrical properties. Light absorption can be tuned by controlling particle size and there is also charge transport at the interfaces of the materials. Among the most studied solar cells in this generation are: the organic solar cells, the quantum dot sensitized solar cells and the perovskite solar cell. Different technologies require different manufacturing methods and distinct efficiencies. The quantum dot sensitized solar cells have a record of 12%, while the perovskite solar cells have a record of 24% in photoconversion efficiency.Las celdas solares de tercera generación son dispositivos fotovoltaicos fabricados con materiales de bajo costo y son atractivas debido a que reducen significativamente la razón costo/eficiencia. Este tipo de dispositivos son fabricados utilizando materiales semiconductores con estructuras a escala nanométrica, los cuales presentan propiedades ópticas y eléctricas muy interesantes, como es la sintonización de absorción de luz con el tamaño de la partícula y el trasporte de carga entre cada interface de los materiales. Las más estudiadas son: las celdas orgánicas, las sensibilizadas por puntos cuánticos y las celdas solares basadas en perovskitas. Cada tipo de tecnología presenta distintas formas de fabricación y distintas eficiencias. Las celdas solares sensibilizadas con puntos cuánticos actualmente presentan eficiencia de alrededor del 12%, mientras que las celdas de perovskita han llegado a tener hasta 24% de eficiencia

Mejoramiento de películas delgadas de CdTe/CdS mediante activación húmeda de CdCl2 en una atmósfera de aire para aplicaciones en celdas solares

Solar cells based on CdTe/CdS thin films are some of the most promising photovoltaic devices due to their high theoretical conversion value of 29%. Typical problems associated with CdTe/CdS polycrystalline thin films are porosity, and non-uniform surfaces and interfaces. These defects facilitate the recombination of charge carriers decreasing the conversion efficiency. In this work, a CdS thin film is deposited by the chemical bath method (CBD) over a glass substrate with a thin layer of flour-doped tin oxide (FTO). The CdS thin film is activated using CdCl2 diluted in methanol inside a furnace at a certain temperature and in an air atmosphere. The objective of the activation process is to reduce the structural defects of the film and achieve a homogeneous surface. The CdTe film is deposited using the close space sublimation technique (CSS) and is activated using CdCl2. To find the optimum values of the activation process, the concentrations of CdCl2, the immersion time, the annealing temperature and annealing time are varied. The thin films and the conversion efficiency are evaluated as a function of the activation process. After activation, the thin films indicate an increase in conversion efficiency.Las celdas solares basadas en CdTe/CdS están entre los dispositivos fotovoltaicos más prometedores por su alto valor teórico de conversión de energía de 29%. Problemas comunes asociados con películas delgadas policristalinas de CdTe/CdS son la porosidad y superficies no uniformes. Estos defectos facilitan el proceso de recombinación de portadores de carga y reducen la eficiencia de conversión. En este trabajo se deposita una película de CdS mediante el método de baño químico (CBD) sobre un sustrato de vidrio con oxido de estaño dopado con flúor (FTO). La película de CdS se activa usando CdCl2 diluido en metanol dentro de un horno a cierta temperatura y en una atmosfera de aire. El objetivo es reducir las imperfecciones de la película y lograr una superficie homogénea. La película de CdTe se deposita mediante la técnica de sublimación en espacio cercano (CSS) y es sometida a activación con CdCl2. Para encontrar los valores óptimos de activación se varían las concentraciones de CdCl2, el tiempo de inmersión, la temperatura de recocido y el tiempo de recocido. Se evalúan las películas y la eficiencia alcanzada en función del proceso de activación. Las películas sometidas ha este proceso muestran un aumento en la eficiencia de conversión

Análisis de perovskitas libres de plomo a base de cesio-estaño por simulaciones en computadora

Perovskite solar cells are based on the ABX3 formula where A corresponds to the organic material (commonly CH3NH3) B is the inorganic material (Pb) and X is the halogen (I, Br or Cl). This type of solar cell has attracted much attention in recent years due to its rapid increase in photoconversion efficiency (~25%), as well as excellent optical properties and economic viability. In this work, we present simulations and computational modeling of the crystalline structures of perovskite CsSnX3. We find optoelectronic properties of this perovskite structure, such as the energy gap. The Materials Studio simulation software was used to design the crystal structures, while the CASTEP module was used to estimate the bandgap. This module uses an algorithm based on density functional theory (DFT). The CsSnX3 compound seeks to improve the durability of perovskite cells as it is inorganic, and Pb is replaced by Sn to decrease toxicity.Las celdas solares de perovskita se basan en la fórmula ABX3 donde A corresponde al material orgánico (comúnmente CH3NH3) B es el material inorgánico (Pb) y X es el halógeno (I, Br o Cl). Este tipo de celdas solares han atraído mucha atención en los últimos años debido a su rápido incremento en la eficiencia de fotoconversión (~25%), además de excelentes propiedades ópticas y viabilidad económica. En este trabajo, presentamos simulaciones y modelado computacional de las estructuras cristalinas de perovskita CsSnX3. Encontramos propiedades optoelectrónicas de esta estructura de perovskita, como la brecha energética. El software de simulación Materials Studio se usó para diseñar las estructuras cristalinas, mientras que el módulo CASTEP se usó para estimar la brecha prohibida. Este módulo emplea un algoritmo basado en la teoría funcional de densidad (DFT). El compuesto CsSnX3 busca mejorar la durabilidad de las celdas de perovskita al ser inorgánico, y se reemplaza el Pb por Sn para disminuir la toxicidad

Synthesis of Alloyed CdxZn1-xS Quantum Dots for Photovoltaic Applications

This article describes the synthesis of Cdx Zn1- x S quantum dots prepared using the successive ionic layer adsorption and reaction method and incorporated into a photovoltaic device. The Cdx Zn1- x S quantum dots exhibit good optical and electrical properties. The photovoltaic device has the configuration TiO2 /Cd0.75 Zn0.25 S1 /ZnS. A photoconversion efficiency of 3.6% was obtained with this device. This efficiency corresponds to a 16% relative increment compared with a reference sample with the con- figuration TiO2 /Cd1 Zn0 S1 /ZnS. The improvement is associated with an increment in the open-circuit voltage (Voc) from 0.517 to 0.725 V. The corresponding short-circuit current density (Jsc) was reduced from 12.15 to 11.66 mA cm!2. Electrochemical impedance spectroscopy analyses confirm that the behavior of the device was due to a recombination rate reduction obtained as a result of surface passivation between the TiO2 layer and the CdxZnx-1S QDs interface