Halogen bond-donor amino acid in perovskite solar cells

Perovskites are one of the most interesting photovoltaic materials thanks to their low cost, defect tolerance, solution processing and optoelectronic tunability, but the stability of this material and the passivation of its interfaces still poses a big challenge. In this framework, halogen bonding has already been demonstrated to be a great tool for perovskite passivation. It has demonstrated improved crystallization, passivation of surface trap states, and improvement of stability without a reduction in performance. The aim of this project is to introduce for the first time a passivating layer at the buried interface between the transparent electrode (indium-tin-oxide) and perovskite. To accomplish this, a novel bifunctional halogen bonding amino acid called FIP (2,3,5,6-tetrafluoro-4-iodo-phenylalanine) was deposited on ITO. Being this molecule the first with an amino acid moiety as the anchoring group and a halogen bonding donor moiety as the head group, it is capable of passivating both the perovskite interface and the ITO. The work was focused on the preliminary development of a deposition protocol for the novel molecule. The analysis of the device parameters gave insights on the best operational procedure to deposit the SAM. Variations of annealing times and solution concentration of amino acid resulted in proportional variations in the output voltage of the cells. The output voltage also showed a correlation with halogen bond strength when three different amino acids with increasing halogen bond strength were deposited. This project tackles the problem of perovskite interface passivation making use of halogen bond and provides guidelines for future deposition of similar amino acids.

Le perovskiti sono uno dei materiali fotovoltaici più interessanti grazie al loro basso costo, alla tolleranza ai difetti, alla processabilitá in soluzione e alla versatilitá optoelettronica, ma la stabilità di questo materiale e la passivazione delle sue interfacce rappresentano ancora una grande sfida. In questo contesto, il legame alogeno ha già dimostrato di essere un ottimo strumento per la passivazione della perovskite. Ha dimostrato di migliorare la cristallizzazione, di passivare gli stati di trappola superficiali e di migliorare la stabilità senza ridurre le prestazioni. L'obiettivo di questo progetto è introdurre per la prima volta uno strato passivante all'interfaccia sepolta tra l'elettrodo trasparente (ossido di indio-stagno) e la perovskite. A tal fine, è stato depositato su ITO un nuovo amminoacido bifunzionale a legame alogeno chiamato FIP (2,3,5,6-tetrafluoro-4-iodo-fenilalanina). Essendo questa molecola la prima con una un gruppo funzionale di amminoacido come gruppo di ancoraggio e un gruppo di donatore di legame alogeno come gruppo di testa, è in grado di passivare sia l'interfaccia della perovskite che l'ITO. Il lavoro si è concentrato sullo sviluppo preliminare di un protocollo di deposizione per la nuova molecola. L'analisi dei parametri del dispositivo ha fornito indicazioni sulla migliore procedura operativa per depositare il SAM. Le variazioni dei tempi di ricottura e della concentrazione della soluzione di amminoacido hanno portato a variazioni proporzionali del voltaggio in uscita delle celle. I voltaggi di cella hanno mostrato anche una correlazione con la forza del legame alogeno quando sono stati depositati tre diversi amminoacidi con forza del legame alogeno crescente. Questo progetto affronta il problema della passivazione dell'interfaccia della perovskite utilizzando il legame alogeno e fornisce linee guida per la futura deposizione di aminoacidi simili.