Humidity versus photo-stability of metal halide perovskite films in a polymer matrix

文献情報

出版日 2016-07-11
DOI 10.1039/C6CP03600G
インパクトファクター 3.676
著者

Nurul Ain Manshor, Qamar Wali, Ka Kan Wong, Saifful Kamaluddin Muzakir, Lukas Schmidt-Mende, Rajan Jose


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要旨

Despite the high efficiency of over 21% reported for emerging thin film perovskite solar cells, one of the key issues prior to their commercial deployment is to attain their long term stability under ambient and outdoor conditions. The instability in perovskite is widely conceived to be humidity induced due to the water solubility of its initial precursors, which leads to decomposition of the perovskite crystal structure; however, we note that humidity alone is not the major degradation factor and it is rather the photon dose in combination with humidity exposure that triggers the instability. In our experiment, which is designed to decouple the effect of humidity and light on perovskite degradation, we investigate the shelf-lifetime of CH3NH3PbI3 films in the dark and under illumination under high humidity conditions (Rel. H. > 70%). We note minor degradation in perovskite films stored in a humid dark environment whereas upon exposure to light, the films undergo drastic degradation, primarily owing to the reactive TiO2/perovskite interface and also the surface defects of TiO2. To enhance its air-stability, we incorporate CH3NH3PbI3 perovskite in a polymer (poly-vinylpyrrolidone, PVP) matrix which retained its optical and structural characteristics in the dark for ∼2000 h and ∼800 h in room light soaking, significantly higher than a pristine perovskite film, which degraded completely in 600 h in the dark and in less than 100 h when exposed to light. We attribute the superior stability of PVP incorporated perovskite films to the improved structural stability of CH3NH3PbI3 and also to the improved TiO2/perovskite interface upon incorporating a polymer matrix. Charge injection from the polymer embedded perovskite films has also been confirmed by fabricating solar cells using them, thereby providing a promising future research pathway for stable and efficient perovskite solar cells.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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