Recent Progress of Lead Halide Perovskite Sensitized Solar Cells

doi:10.6023/A14090656

Abstract

Low cost organic and inorganic hybrid perovskites such as CH₃NH₃PbI₃ has demonstrated a rapid increase in efficiency and has attracted tremendous research effort within a few years. The perovskite solar cells has evolved from traditional sensitized solar cell using liquid iodine electrolyte to solid state solar cell with either mesoporous or planar structure. The morphology controllable solution chemistry deposition of perovskite has progress into 15%～17% efficiency perovoskite solar cells reported by several groups. The perovskite sensitized solar cells has also progress from pure mesoporous structure into meso-planar hybrid one, which has the advantages of high efficiency and better stability. Here we review recent progress on the development of perovskite sensitized solar cells, different band gap perovskites and their deposition, different backbone nanostructures and their charge transfer properties.

Key words: lead halide perovskite, solar cell, sensitized, mesoporous

Cite this article

Zhang Taiyang, Zhao Yixin. Recent Progress of Lead Halide Perovskite Sensitized Solar Cells[J]. Acta Chim. Sinica, 2015, 73(3): 202-210.

Export EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

share this article

References

[1] Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15729.
[2] Crabtree, G. W.; Lewis, N. S. Phys. Today 2007, 60, 37.
[3] Lewis, N. S. Science 2007, 315, 798.
[4] Green, M. A. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2001, 9, 123.
[5] Hardin, B. E.; Snaith, H. J.; McGehee, M. D. Nat. Photon. 2012, 6, 162.
[6] He, J. J.; Chen, S. X.; Wang, T. T.; Zeng, H. P. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 472. (何俊杰, 陈舒欣, 王婷婷, 曾和平, 有机化学, 2012, 32, 472.)
[7] He, P.; Li, Z. F.; Hou, Q. F.; Wang, Y. L. Chin. J. Org. Chem. 2013, 33, 288. (和平, 李在房, 侯秋飞, 王艳玲, 有机化学, 2013, 33, 288.)
[8] Huang, X. W.; Deng, J. Y.; Xu, L.; Shen, P.; Zhao, B.; Tan, S. T. Acta Chim. Sinica 2012, 70, 1604. (黄先威, 邓继勇, 许律, 沈平, 赵斌, 谭松庭, 化学学报, 2012, 70, 1604.)
[9] Miao, Q. Q.; Gao, J. X.; Wang, Z. Q.; Gao, Y. R.; Ma, Y. L. Acta Chim. Sinica 2011, 69, 2207. (苗青青, 高俊雄, 王泽清, 高玉荣, 马廷丽, 化学学报, 2011, 69, 2207.)
[10] O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737.
[11] Kamat, P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 908.
[12] Han, L.; Zhou, X.; Ye, Q.; Li, Y. J.; Gao, J. R. Chin. J. Org. Chem. 2013, 33, 1000. (韩亮, 周雪, 叶青, 李郁锦, 高建荣, 有机化学, 2013, 33, 1000.)
[13] Mao, L. J.; Tan, Q. L.; Xin, G. Q.; Han, M. L.; Zhang, X. J. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 2315. (毛利军, 谭青龙, 辛冠琼, 韩明亮, 张学俊, 有机化学, 2012, 32, 2315.)
[14] Wang, J. W.; Li, Y.; Xu, Y. L.; Li, Y.; Shen, K. H. Acta Chim. Sinica 2012, 70, 1278. (王纪伟, 李莹, 徐艳玲, 李杨, 申凯华, 化学学报, 2012, 70, 1278.)
[15] Zhang, M. J.; Pan, Q. J.; Guo, Y. R.; Zhang, H. X. Acta Chim. Sinica 2014, 72, 697. (张明晶, 潘清江, 郭元茹, 张红星, 化学学报, 2014, 72, 697.)
[16] Zhu, C.; Cao, Z. X. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 1527. (朱纯, 曹泽星, 化学学报, 2013, 71, 1527.)
[17] Green, M. A.; Ho-Baillie, A.; Snaith, H. J. Nat. Photon. 2014, 8, 506.
[18] Service, R. F. Science 2014, 344, 458.
[19] Mitzi, D. B.; Feild, C. A.; Harrison, W. T. A.; Guloy, A. M. Nature 1994, 369, 467.
[20] Mitzi, D. B.; Wang, S.; Feild, C. A.; Chess, C. A.; Guloy, A. M. Science 1995, 267, 1473.
[21] Liang, K.; Mitzi, D. B.; Prikas, M. T. Chem. Mater. 1998, 10, 403.
[22] Kagan, C. R.; Mitzi, D. B.; Dimitrakopoulos, C. D. Science 1999, 286, 945.
[23] Kojima, A.; Teshima, K.; Shirai, Y.; Miyasaka, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6050.
[24] Im, J.-H.; Lee, C.-R.; Lee, J.-W.; Park, S.-W.; Park, N.-G. Nanoscale 2011, 3, 4088.
[25] Im, J.-H.; Chung, J.; Kim, S.-J.; Park, N.-G. Nanoscale Res. Lett. 2012, 7, 1.
[26] Kakiage, K.; Kyomen, T.; Hanaya, M. Chem. Lett. 2013, 42, 1520.
[27] Zhao, Y.; Zhu, K. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 2880.
[28] Li, W.; Li, J.; Wang, L.; Niu, G.; Gao, R.; Qiu, Y. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 11735.
[29] Wang, H.; Zeng, X.; Huang, Z.; Zhang, W.; Qiao, X.; Hu, B.; Zou, X.; Wang, M.; Cheng, Y. B.; Chen, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 12609.
[30] Kim, H.-S.; Lee, C.-R.; Im, J.-H.; Lee, K.-B.; Moehl, T.; Marchioro, A.; Moon, S.-J.; Humphry-Baker, R.; Yum, J.-H.; Moser, J. E.; Gratzel, M.; Park, N.-G. Sci. Rep. 2012, 2, 1.
[31] Lee, M. M.; Teuscher, J.; Miyasaka, T.; Murakami, T. N.; Snaith, H. J. Science 2012, 338, 643.
[32] Ball, J. M.; Lee, M. M.; Hey, A.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1739.
[33] Liu, M.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J. Nature 2013, 501, 395.
[34] Etgar, L.; Gao, P.; Xue, Z.; Peng, Q.; Chandiran, A. K.; Liu, B.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17396.
[35] Abu Laban, W.; Etgar, L. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3249.
[36] Shi, J.; Luo, Y.; Wei, H.; Luo, J.; Dong, J.; Lv, S.; Xiao, J.; Xu, Y.; Zhu, L.; Xu, X.; Wu, H.; Li, D.; Meng, Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 9711.
[37] Xu, Y.; Shi, J.; Lv, S.; Zhu, L.; Dong, J.; Wu, H.; Xiao, Y.; Luo, Y.; Wang, S.; Li, D.; Li, X.; Meng, Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 5651.
[38] Shi, J.; Dong, J.; Lv, S.; Xu, Y.; Zhu, L.; Xiao, J.; Xu, X.; Wu, H.; Li, D.; Luo, Y.; Meng, Q. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 063901.
[39] Xu, M.; Rong, Y.; Ku, Z.; Mei, A.; Liu, T.; Zhang, L.; Li, X.; Han, H. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 8607.
[40] Rong, Y.; Ku, Z.; Mei, A.; Liu, T.; Xu, M.; Ko, S.; Li, X.; Han, H. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2160.
[41] Ku, Z.; Rong, Y.; Xu, M.; Liu, T.; Han, H. Sci. Rep. 2013, 3, 3132.
[42] Mei, A.; Li, X.; Liu, L.; Ku, Z.; Liu, T.; Rong, Y.; Xu, M.; Hu, M.; Chen, J.; Yang, Y.; Grätzel, M.; Han, H. Science 2014, 345, 295.
[43] Leijtens, T.; Lauber, B.; Eperon, G. E.; Stranks, S. D.; Snaith, H. J. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1096.
[44] Kim, H.-S.; Im, S. H.; Park, N.-G. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 5615.
[45] Noh, J. H.; Im, S. H.; Heo, J. H.; Mandal, T. N.; Seok, S. I. Nano Lett. 2013, 13, 1764.
[46] Qiu, J.; Qiu, Y.; Yan, K.; Zhong, M.; Mu, C.; Yan, H.; Yang, S. Nanoscale 2013, 5, 3245.
[47] Heo, J. H.; Im, S. H.; Noh, J. H.; Mandal, T. N.; Lim, C.-S.; Chang, J. A.; Lee, Y. H.; Kim, H.-J.; Sarkar, A.; NazeeruddinMd, K.; Gratzel, M.; Seok, S. I. Nat. Photon. 2013, 7, 486.
[48] Eperon, G. E.; Burlakov, V. M.; Docampo, P.; Goriely, A.; Snaith, H. J. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 151.
[49] Wehrenfennig, C.; Eperon, G. E.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J.; Herz, L. M. Adv. Mater. 2014, 26, 1584.
[50] Zhao, Y.; Zhu, K. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 9412.
[51] Liang, P.-W.; Liao, C.-Y.; Chueh, C.-C.; Zuo, F.; Williams, S. T.; Xin, X.-K.; Lin, J.; Jen, A. K. Y. Adv. Mater. 2014, 26, 3748.
[52] Colella, S.; Mosconi, E.; Fedeli, P.; Listorti, A.; Gazza, F.; Orlandi, F.; Ferro, P.; Besagni, T.; Rizzo, A.; Calestani, G.; Gigli, G.; De Angelis, F.; Mosca, R. Chem. Mater. 2013, 25, 4613.
[53] Dualeh, A.; Tétreault, N.; Moehl, T.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3250.
[54] Zhao, Y.; Zhu, K. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 12241.
[55] Eperon, G. E.; Stranks, S. D.; Menelaou, C.; Johnston, M. B.; Herz, L. M.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 982.
[56] Zhou, H.; Chen, Q.; Li, G.; Luo, S.; Song, T. B.; Duan, H. S.; Hong, Z.; You, J.; Liu, Y.; Yang, Y. Science 2014, 345, 542.
[57] Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Seok, S. I. Nat. Mater. 2014, 13, 897.
[58] (a) Xiao, M.; Huang, F.; Huang, W.; Dkhissi, Y.; Zhu, Y.; Etheridge, J.; Gray-Weale, A.; Bach, U.; Cheng, Y.-B.; Spiccia, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 9898;
(b) Seo, J. W.; Park, S.; Kim, Y. C.; Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Yoon, S. C.; Seok, S. I. Energy Environ. Sci. 2014. 7, 2642.
[59] Burschka, J.; Pellet, N.; Moon, S. J.; Humphry-Baker, R.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M. Nature 2013, 499, 316.
[60] Dharani, S.; Mulmudi, H. K.; Yantara, N.; Thu Trang, P. T.; Park, N. G.; Graetzel, M.; Mhaisalkar, S.; Mathews, N.; Boix, P. P. Nanoscale 2013, 6, 1675.
[61] Bi, D.; Moon, S.-J.; Haggman, L.; Boschloo, G.; Yang, L.; Johansson, E. M. J.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M.; Hagfeldt, A. RSC Adv. 2013, 3, 18762.
[62] Sun, S.; Salim, T.; Mathews, N.; Duchamp, M.; Boothroyd, C.; Xing, G.; Sum, T. C.; Lam, Y. M. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 399.
[63] Yella, A.; Heiniger, L.-P.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nano Lett. 2014, 14, 2591.
[64] Zheng, L.; Ma, Y.; Chu, S.; Wang, S.; Qu, B.; Xiao, L.; Chen, Z.; Gong, Q.; Wu, Z.; Hou, X. Nanoscale 2014, 6, 8171.
[65] Chen, Q.; Zhou, H.; Hong, Z.; Luo, S.; Duan, H.-S.; Wang, H.-H.; Liu, Y.; Li, G.; Yang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 622.
[66] Wu, Y.; Islam, A.; Yang, X.; Qin, C.; Liu, J.; Zhang, K.; Peng, W.; Han, L. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2934.
[67] Aharon, S.; Cohen, B. E.; Etgar, L. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 17160.
[68] Docampo, P.; Hanusch, F.; Stranks, S. D.; Döblinger, M.; Feckl, J. M.; Ehrensperger, M.; Minar, N. K.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J.; Bein, T. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1400355.
[69] Malinkiewicz, O.; Roldán-Carmona, C.; Soriano, A.; Bandiello, E.; Camacho, L.; Nazeeruddin, M. K.; Bolink, H. J. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1614.
[70] Pang, S. P.; Hu, H.; Zhang, J. L.; Lv, S. L.; Yu, Y. M.; Wei, F.; Qin, T. S.; Xu, H. X.; Liu, Z. H.; Cui, G. L. Chem. Mater. 2014, 26, 1485.
[71] Lee, J.-W.; Seol, D.-J.; Cho, A.-N.; Park, N.-G. Adv. Mater. 2014, 26, 4991.
[72] Pellet, N.; Gao, P.; Gregori, G.; Yang, T.-Y.; Nazeeruddin, M. K.; Maier, J.; Grätzel, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 3151.
[73] Li, Z.; Kulkarni, S. A.; Boix, P. P.; Shi, E.; Cao, A.; Fu, K.; Batabyal, S. K.; Zhang, J.; Xiong, Q.; Wong, L. H.; Mathews, N.; Mhaisalkar, S. G. ACS Nano 2014, 8, 6797.
[74] Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Cao, D. H.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. Nat. Photon. 2014, 8, 489.
[75] Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8094.
[76] Noel, N. K.; Stranks, S. D.; Abate, A.; Wehrenfennig, C.; Guarnera, S.; Haghighirad, A.; Sadhanala, A.; Eperon, G. E.; Pathak, S. K.; Johnston, M. B.; Petrozza, A.; Herz, L.; Snaith, H. Energy Environ. Sci. 2014. 7, 3061.
[77] Cai, B.; Xing, Y.; Yang, Z.; Zhang, W.-H.; Qiu, J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1480.
[78] Edri, E.; Kirmayer, S.; Cahen, D.; Hodes, G. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 897.
[79] Christians, J. A.; Fung, R. C. M.; Kamat, P. V. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 758.
[80] Ito, S.; Tanaka, S.; Vahlman, H.; Nishino, H.; Manabe, K.; Lund, P. ChemPhysChem 2014, 15, 1194.
[81] Zhao, Y.; Nardes, A. M.; Zhu, K. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 213906.
[82] Hagfeldt, A.; Boschloo, G.; Sun, L.; Kloo, L.; Pettersson, H. Chem. Rev. 2010, 110, 6595.
[83] Tang, X.; Wang, Y. X. Acta Chim. Sinica 2012, 71, 193. (唐笑, 汪禹汛, 化学学报, 2012, 71, 193.)
[84] Kou, D. X.; Liu, W. Q.; Hu, L. H.; Chen, S. H.; Huang, Y.; Dai, S. Y. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 777. (寇东星, 刘伟庆, 胡林华, 陈双宏, 黄阳, 戴松元, 化学学报, 2013, 71, 777.)
[85] Le Bahers, T.; Pauporté, T.; Lainé, P. P.; Labat, F.; Adamo, C.; Ciofini, I. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 1044.
[86] Xiong, B. T.; Zhu, Z. Y.; Wang, C. R.; Chen, B. X.; Luo, J. Y. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 443. (熊必涛, 朱志艳, 王长荣, 陈宝信, 骆钧炎, 化学学报, 2013, 71, 443.)
[87] Kou, D. X.; Liu, W. Q.; Hu, L. H.; Chen, S. H.; Huang, Y.; Dai, S. Y. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 1149. (寇东星, 刘伟庆, 胡林华, 陈双宏, 黄阳, 戴松元, 化学学报, 2013, 71, 1149.)
[88] Yuan, Q.; Chen, X. J.; Wang, J. T.; Zhai, J. Acta Chim. Sinica 2014, 72, 624. (苑琪, 陈雪景, 王京涛, 翟锦, 化学学报, 2014, 72, 624.)
[89] Kim, H.-S.; Lee, J.-W.; Yantara, N.; Boix, P. P.; Kulkarni, S. A.; Mhaisalkar, S.; Grätzel, M.; Park, N.-G. Nano Lett. 2013, 13, 2412.
[90] Bi, D.; Boschloo, G.; Schwarzmuller, S.; Yang, L.; Johansson, E. M.; Hagfeldt, A. Nanoscale 2013, 5, 11686.
[91] Son, D.-Y.; Im, J.-H.; Kim, H. S.; Park, N.-G. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 16567.
[92] Zhao, Y.; Nardes, A. M.; Zhu, K. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 490.
[93] Stranks, S. D.; Eperon, G. E.; Grancini, G.; Menelaou, C.; Alcocer, M. J. P.; Leijtens, T.; Herz, L. M.; Petrozza, A.; Snaith, H. J. Science 2013, 342, 341.
[94] Xing, G.; Mathews, N.; Sun, S.; Lim, S. S.; Lam, Y. M.; Gratzel, M.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. C. Science 2013, 342, 344.
[95] Qiu, L.; Deng, J.; Lu, X.; Yang, Z.; Peng, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 10425.
[96] Ogomi, Y.; Morita, A.; Tsukamoto, S.; Saitho, T.; Shen, Q.; Toyoda, T.; Yoshino, K.; Pandey, S. S.; Ma, T.; Hayase, S. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 16651.
[97] Snaith, H. J.; Abate, A.; Ball, J. M.; Eperon, G. E.; Leijtens, T.; Noel, N. K.; Stranks, S. D.; Wang, J. T.-W.; Wojciechowski, K.; Zhang, W. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1511.
[98] Kim, H.-S.; Park, N.-G. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2927.
[99] Unger, E. L.; Hoke, E. T.; Bailie, C. D.; Nguyen, W. H.; Bowring, A. R.; Heumuller, T.; Christoforo, M. G.; McGehee, M. D. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3690.
[100] Filippetti, A.; Delugas, P.; Mattoni, A. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 118, 24843.
[101] Luo, J.; Im, J.-H.; Mayer, M. T.; Schreier, M.; Nazeeruddin, M. K.; Park, N.-G.; Tilley, S. D.; Fan, H. J.; Grätzel, M. Science 2014, 345, 1593.
[102] Jeon, N. J.; Lee, H. G.; Kim, Y. C.; Seo, J.; Noh, J. H.; Lee, J.; Seok, S. I. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7837.
[103] Ryu, S.; Noh, J. H.; Jeon, N. J.; Chan Kim, Y.; Yang, W. S.; Seo, J.; Seok, S. I. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2614.

铅卤钙钛矿敏化型太阳能电池的研究进展