Green anti-solvent perovskite solar cell

In the last decade, the power conversion efficiency (PCE) of solution-processed perovskite solar cells (PSCs) has reached an incredible level of 25.6%1. One of the most efficient methods used for the fabrication process of PSCs is the antisolvent-assisted crystallization method. However, the most commonly used antisolvents are highly toxic cholorobenzene (CB) and Toloune (TOL). Replacing green non-halogenated and non-aromatic solvents in the antisolvent-assisted perovskite film crystallization is an essential step toward commercializing perovskite solar cells. This work investigated diethyl sulfide (DES) and dipropyl sulfide (DPS) as green antisolvents. The fabrication process is based on two MAPI3 precursor solutions containing toxic dimethylformamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO) as solvents. The other MAPI3 solution is with pure DMSO, considered a solvent with no apparent toxicity. The fabrication based on the second MAPI3 can be regarded as fully green solvent processed perovskite films. Various film and device characterization techniques such as ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), steady-state photoluminescence spectroscopy (SSPL), optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), x-ray diffraction (XRD), solar simulator (SS) and contact angle measurement was carried out to examine the perovskite films and devices performance and stability. For the first set of fabrication champion efficiencies of 16.0%, 17.36%, 14.97%, and 15.24% were recorded for the fabricated cells with CB, TOL, DES, and DPS as antisolvents, respectively. The second set of fabrication based on green solvent processing resulted to champion efficiencies of 15.16%, 15.73%, and 14.55% was achieved for cells having CB, TOL, and DES as antisolvent.

Nell'ultimo decennio, l'efficienza di conversione della potenza (PCE) delle celle solari di perovskite lavorate in soluzione (PSC) ha raggiunto l'incredibile livello del 25,7%. Uno dei metodi più efficienti utilizzati per il processo di fabbricazione delle PSC è il metodo di cristallizzazione assistita da antisolventi. Tuttavia, gli antisolventi più comunemente usati sono il colorobenzene (CB) e il Toloune (TOL), altamente tossici. La sostituzione di solventi verdi non alogenati e non aromatici nella cristallizzazione del film di perovskite assistita da antisolventi è un passo essenziale verso la commercializzazione delle celle solari di perovskite. Questo lavoro ha studiato il solfuro di dietile (DES) e il solfuro di dipropile (DPS) come antisolventi verdi. Il processo di fabbricazione si basa su due soluzioni di precursori MAPI3 contenenti dimetilformammide (DMF) e dimetilsolfossido (DMSO) tossici come solventi. L'altra soluzione di MAPI3 è con DMSO puro, considerato un solvente senza tossicità apparente. La fabbricazione basata sul secondo MAPI3 può essere considerata come film di perovskite lavorati con solventi completamente verdi. Varie tecniche di caratterizzazione dei film e dei dispositivi come la spettroscopia ultravioletta-visibile (UV-Vis), la spettroscopia di fotoluminescenza allo stato stazionario (SSPL), il microscopio ottico (OM), il microscopio elettronico a scansione (SEM), la diffrazione dei raggi X (XRD), il simulatore solare (SS) e la misurazione dell'angolo di contatto sono state effettuate per esaminare i film di perovskite e le prestazioni e la stabilità dei dispositivi. Per il primo set di fabbricazione sono state registrate efficienze campione del 16,0%, 17,36%, 14,97% e 15,24% per le celle fabbricate con CB, TOL, DES e DPS come antisolventi, rispettivamente. La seconda serie di fabbricazione basata sull'elaborazione del solvente verde ha portato a efficienze campione del 15,16%, 15,73%, e 14,55% è stato raggiunto per le cellule con CB, TOL, e DES come antisolvente.