Film formation of mixed-halide perovskites for PSCs

Over the last few years there has been a steady increase in interest in the exploration of perovskite materials within photovoltaic research. This can to a large extent be attributed to the incredible pace at which solar cells based on perovskites have improved in efficiency during the same time period. Perovskite solar cells (SCs) are not only an alternative to today’s market leading silicon based devices, but can also be a complement and improve efficiency by being used together with silicon in a tandem configuration. For mixed halide perovskites that can be used for these types of applications, fundamental knowledge about the film formation process is still insufficient to overcome some of the challenges faced. A more detailed understanding of the mechanisms, and of important conditions for film formation can help to improve the quality of the films and the performance and stability of the solar cells, which is important in order to develop market-ready solar cell devices. This project focused on the film formation process of mixed halide perovskites and on some of the parameters affecting the film formation conditions. The MAPb(Ix, Br1-x)3 perovskite series with different Br/I ratios was studied in-situ during spin coating of the film using an optical tracking device. Together with the subsequent use of SEM imaging, the resulting film morphology could be revealed. How antisolvent treatment conditions during spin coating affect the crystallization process and resulting film was investigated as well as how this translates to device level and the performance of the solar cells. Further, the effects on film quality and device performance when adding an alkali salt as an interface modifier (IM) in between the SnO2 electron transport layer and the perovskite film were studied, as this has been shown to improve device performance when using other perovskite ionic compositions. We found that antisolvent treatment was beneficial for formation of closed films with a smoot
Perovskitsolceller har blivit ett populärt forskningsområde eftersom de har haft en exceptionellt snabb utveckling i verkningsgrad under de senaste åren. Trots att perovskitbaserade solceller nu har nått verkningsgrader jämförbara med kiselsolceller, så återstår flera utmaningar för att möta solcellsmarknadens förväntningar för de applikationer där man hoppas att perovskiterna ska komplettera kiselsolcellerna. Större detaljkunskap om framställningen av perovskitmaterial och hur rätt justering av tillverkningsparametrar kan optimera materialkvalité kan hjälpa till att förverkliga framtidens solceller. Perovskiter är material med en specifik kristallstruktur, men med varierande kemisk sammansättning. Särskilt viktigt för attraktiva applikationer, såsom tandemsolceller där kisel- och perovskitsolceller kombineras för optimalt utnyttjande av solenergin, är perovskiter där ämnena brom och jod blandas i olika proportioner. I denna studie har sådana perovskiter undersökts, specifikt kristaller som består av metylammonium och bly som positiva joner, samt jod och brom i varierande proportion som negativa joner. Dessa har den kemiska formeln MAPb(Ix, Br1-x)3 där x är andelen jod av de negativa jonerna. I studien undersöktes perovskitmaterialens kvalité beroende på ett par utvalda processparametrar för framställningen. Vidare har det undersökts hur detta översätts till solcellsnivå och hur dessa presterar gällande ström, spänning och stabilitet. De parametrar som har undersökts är användningen av antilösningsmedel (antisolvent) samt vilket material som perovskitlagret ska kristallisera på. En vanlig tillverkningsmetod för perovskitlagret i solceller på labbnivå är spin-coating, där en lösning innehållande de joner som ska kristalliseras till perovskitlagret droppas på ett snabbt roterande substrat så att droppen genom centrifugalkraft sprids ut till en jämn film över substratet, varpå jonerna i lösningen kristalliserar och bildar ett perovskitmaterial. Denna process kan manipu