Skip to main content
SpringerLink
Log in

How to get high-efficiency lead chalcogenide quantum dot solar cells?

  • Invited Review
  • Published:
Science China Physics, Mechanics & Astronomy Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Lead chalcogenide colloidal quantum dots (CQDs) are regarded as attractive absorption materials for novel solar cells (SCs). The cost of lead chalcogenide CQD has been decreased to a commercialization target of $5/g due to the direct production of CQD inks. However, the photoelectric conversion efficiency (PCE) of lead chalcogenide CQDSCs is presently close to 14%, well below the commercialization target (20%), which is only 41% of the theoretical Shockley-Queisser limit efficiency. In this study, the different losses of open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and short circuit current density (Jsc) for current CQDSCs are systematically discussed, as well as the percentage and likely causes of each loss. Then the primary reasons for the CQDSCs’ performance constraints are highlighted. Following that, we focus on the CQDSCs interfaces (i.e., CQD/CQD, CQD/HTL, and ETL/CQD) and explore viable ways to reduce device performance loss. Finally, based on the discussion above, we propose many enhancements to significantly solve numerous major obstacles impeding device performance to boost the PCE of CQDSCs for future commercialization significantly.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. G. Conibeer, Mater. Today 10, 42 (2007).

    Article  Google Scholar 

  2. W. Shockley, and H. J. Queisser, J. Appl. Phys. 32, 510 (1961).

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. M. A. Green, and S. P. Bremner, Nat. Mater. 16, 23 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, and W. C. Sinke, Science 352, aad4424 (2016).

    Article  Google Scholar 

  5. M. Liu, N. Yazdani, M. Yarema, M. Jansen, V. Wood, and E. H. Sargent, Nat. Electron. 4, 548 (2021).

    Article  Google Scholar 

  6. D. M. Balazs, and M. A. Loi, Adv. Mater. 30, 1800082 (2018).

    Article  Google Scholar 

  7. M. C. Beard, X. Peng, Z. Hens, and E. A. Weiss, J. Chem. Phys. 153, 240401 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. M. Yuan, M. Liu, and E. H. Sargent, Nat. Energy 1, 16016 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. L. Hu, and A. Mandelis, J. Appl. Phys. 129, 091101 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. H. Lee, H. J. Song, M. Shim, and C. Lee, Energy Environ. Sci. 13, 404 (2020).

    Article  Google Scholar 

  11. Y. Zhang, G. Wu, F. Liu, C. Ding, Z. Zou, and Q. Shen, Chem. Soc. Rev. 49, 49 (2020).

    Article  Google Scholar 

  12. O. E. Semonin, J. M. Luther, S. Choi, H. Y. Chen, J. Gao, A. J. Nozik, and M. C. Beard, Science 334, 1530 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. M. L. Böhm, T. C. Jellicoe, M. Tabachnyk, N. J. L. K. Davis, F. Wisnivesky-Rocca-Rivarola, C. Ducati, B. Ehrler, A. A. Bakulin, and N. C. Greenham, Nano Lett. 15, 7987 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. Y. Yan, R. W. Crisp, J. Gu, B. D. Chernomordik, G. F. Pach, A. R. Marshall, J. A. Turner, and M. C. Beard, Nat. Energy 2, 17052 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. R. J. Ellingson, M. C. Beard, J. C. Johnson, P. Yu, O. I. Micic, A. J. Nozik, A. Shabaev, and A. L. Efros, Nano Lett. 5, 865 (2005).

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. H. Song, Y. Lin, Z. Zhang, H. Rao, W. Wang, Y. Fang, Z. Pan, and X. Zhong, J. Am. Chem. Soc. 143, 4790 (2021).

    Article  Google Scholar 

  17. L. Duan, L. Hu, X. Guan, C. Lin, D. Chu, S. Huang, X. Liu, J. Yuan, and T. Wu, Adv. Energy Mater. 11, 2100354 (2021).

    Article  Google Scholar 

  18. Y. Wang, S. R. Kavanagh, I. Burgués-Ceballos, A. Walsh, D. O. Scanlon, and G. Konstantatos, Nat. Photon. 16, 235 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. The National Renewable Energy Laboratory. Best research-cell efficiency chart. US Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, operated by the Alliance for Sustainable Energy LLC., 2021. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html.

  20. J. A. Dias, S. H. Santagneli, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, Sol. RRL 5, 2100205 (2021).

    Article  Google Scholar 

  21. J. Jean, J. Xiao, R. Nick, N. Moody, M. Nasilowski, M. Bawendi, and V. Bulović, Energy Environ. Sci. 11, 2295 (2018).

    Article  Google Scholar 

  22. M. Yuan, X. Wang, X. Chen, J. He, K. Li, B. Song, H. Hu, L. Gao, X. Lan, C. Chen, and J. Tang, Small 18, 2102340 (2022).

    Article  Google Scholar 

  23. M. Albaladejo-Siguan, E. C. Baird, D. Becker-Koch, Y. Li, A. L. Rogach, and Y. Vaynzof, Adv. Energy Mater. 11, 2003457 (2021).

    Article  Google Scholar 

  24. K. Lu, X. Meng, Z. Liu, J. Chen, Y. Wang, Y. Zhang, X. Zhang, E. Sarnello, G. Shi, R. P. Patil, W. Deng, S. Zhou, M. Gu, Y. Zhong, S. Jeong, X. W. Gu, T. Li, X. Ye, and W. Ma, Cell Rep. Phys. Sci. 1, 100183 (2020).

    Article  Google Scholar 

  25. A. Shrestha, M. Batmunkh, A. Tricoli, S. Z. Qiao, and S. Dai, Angew. Chem. Int. Ed. 58, 5202 (2019).

    Article  Google Scholar 

  26. S. Liu, C. Zhang, S. Li, Y. Xia, K. Wang, K. Xiong, H. Tang, L. Lian, X. Liu, M. Li, M. Tan, L. Gao, G. Niu, H. Liu, H. Song, D. Zhang, J. Gao, X. Lan, K. Wang, X. W. Sun, Y. Yang, J. Tang, and J. Zhang, Adv. Funct. Mater. 31, 2006864 (2020).

    Article  Google Scholar 

  27. Y. Liu, G. Shi, Z. Liu, and W. Ma, Nanoscale Horiz. 6, 8 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. J. M. Luther, J. Gao, M. T. Lloyd, O. E. Semonin, M. C. Beard, and A. J. Nozik, Adv. Mater. 22, 3704 (2010).

    Article  Google Scholar 

  29. K. Lu, Y. Wang, Z. Liu, L. Han, G. Shi, H. Fang, J. Chen, X. Ye, S. Chen, F. Yang, A. G. Shulga, T. Wu, M. Gu, S. Zhou, J. Fan, M. A. Loi, and W. Ma, Adv. Mater. 30, 1707572 (2018).

    Article  Google Scholar 

  30. C. Ding, F. Liu, Y. Zhang, S. Hayase, T. Masuda, R. Wang, Y. Zhou, Y. Yao, Z. Zou, and Q. Shen, ACS Energy Lett. 5, 3224 (2020).

    Article  Google Scholar 

  31. B. Sun, A. Johnston, C. Xu, M. Wei, Z. Huang, Z. Jiang, H. Zhou, Y. Gao, Y. Dong, O. Ouellette, X. Zheng, J. Liu, M. J. Choi, Y. Gao, S. W. Baek, F. Laquai, O. M. Bakr, D. Ban, O. Voznyy, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, Joule 4, 1542 (2020).

    Article  Google Scholar 

  32. H. I. Kim, S. W. Baek, H. J. Cheon, S. U. Ryu, S. Lee, M. J. Choi, K. Choi, M. Biondi, S. Hoogland, F. P. G. de Arquer, S. K. Kwon, Y. H. Kim, T. Park, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 32, 2004985 (2020).

    Article  Google Scholar 

  33. M. Gu, Y. Wang, F. Yang, K. Lu, Y. Xue, T. Wu, H. Fang, S. Zhou, Y. Zhang, X. Ling, Y. Xu, F. Li, J. Yuan, M. A. Loi, Z. Liu, and W. Ma, J. Mater. Chem. A 7, 15951 (2019).

    Article  Google Scholar 

  34. B. Sun, O. Voznyy, H. Tan, P. Stadler, M. Liu, G. Walters, A. H. Proppe, M. Liu, J. Fan, T. Zhuang, J. Li, M. Wei, J. Xu, Y. Kim, S. Hoogland, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 29, 1700749 (2017).

    Article  Google Scholar 

  35. M. Liu, O. Voznyy, R. Sabatini, F. P. García de Arquer, R. Munir, A. H. Balawi, X. Lan, F. Fan, G. Walters, A. R. Kirmani, S. Hoogland, F. Laquai, A. Amassian, and E. H. Sargent, Nat. Mater. 16, 258 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  36. M. Albaladejo-Siguan, D. Becker-Koch, A. D. Taylor, Q. Sun, V. Lami, P. G. Oppenheimer, F. Paulus, and Y. Vaynzof, ACS Nano 14, 384 (2020).

    Article  Google Scholar 

  37. D. Jia, J. Chen, S. Zheng, D. Phuyal, M. Yu, L. Tian, J. Liu, O. Karis, H. Rensmo, E. M. J. Johansson, and X. Zhang, Adv. Energy Mater. 9, 1902809 (2019).

    Article  Google Scholar 

  38. Y. Xia, W. Chen, P. Zhang, S. Liu, K. Wang, X. Yang, H. Tang, L. Lian, J. He, X. Liu, G. Liang, M. Tan, L. Gao, H. Liu, H. Song, D. Zhang, J. Gao, K. Wang, X. Lan, X. Zhang, P. Müller-Buschbaum, J. Tang, and J. Zhang, Adv. Funct. Mater. 30, 2000594 (2020).

    Article  Google Scholar 

  39. G. Shi, H. Wang, Y. Zhang, C. Cheng, T. Zhai, B. Chen, X. Liu, R. Jono, X. Mao, Y. Liu, X. Zhang, X. Ling, Y. Zhang, X. Meng, Y. Chen, S. Duhm, L. Zhang, T. Li, L. Wang, S. Xiong, T. Sagawa, T. Kubo, H. Segawa, Q. Shen, Z. Liu, and W. Ma, Nat. Commun. 12, 4381 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. Y. B. Zhao, M. Liu, O. Voznyy, B. Sun, P. C. Li, H. Kung, O. Ouellette, M. J. Choi, Z. H. Lu, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, Nano Energy 63, 103876 (2019).

    Article  Google Scholar 

  41. L. Hu, Q. Lei, X. Guan, R. Patterson, J. Yuan, C. H. Lin, J. Kim, X. Geng, A. Younis, X. Wu, X. Liu, T. Wan, D. Chu, T. Wu, and S. Huang, Adv. Sci. 8, 2003138 (2021).

    Article  Google Scholar 

  42. F. Li, Y. Liu, G. Shi, W. Chen, R. Guo, D. Liu, Y. Zhang, Y. Wang, X. Meng, X. Zhang, Y. Lv, W. Deng, Q. Zhang, Y. Shi, Y. Chen, K. Wang, Q. Shen, Z. Liu, P. Müller-Buschbaum, and W. Ma, Adv. Funct. Mater. 31, 2104457 (2021).

    Article  Google Scholar 

  43. J. Kim, O. Ouellette, O. Voznyy, M. Wei, J. Choi, M. J. Choi, J. W. Jo, S. W. Baek, J. Fan, M. I. Saidaminov, B. Sun, P. Li, D. H. Nam, S. Hoogland, Z. H. Lu, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 30, 1803830 (2018).

    Article  Google Scholar 

  44. S. Zheng, Y. Wang, D. Jia, L. Tian, J. Chen, L. Shan, L. Dong, and X. Zhang, Adv. Mater. Interfaces 8, 2100489 (2021).

    Article  Google Scholar 

  45. J. H. Song, T. Kim, T. Park, and S. Jeong, J. Mater. Chem. A 8, 4844 (2020).

    Article  Google Scholar 

  46. J. Xu, O. Voznyy, M. Liu, A. R. Kirmani, G. Walters, R. Munir, M. Abdelsamie, A. H. Proppe, A. Sarkar, F. P. García de Arquer, M. Wei, B. Sun, M. Liu, O. Ouellette, R. Quintero-Bermudez, J. Li, J. Fan, L. Quan, P. Todorovic, H. Tan, S. Hoogland, S. O. Kelley, M. Stefik, A. Amassian, and E. H. Sargent, Nat. Nanotech. 13, 456 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. B. Sun, M. Vafaie, L. Levina, M. Wei, Y. Dong, Y. Gao, H. T. Kung, M. Biondi, A. H. Proppe, B. Chen, M. J. Choi, L. K. Sagar, O. Voznyy, S. O. Kelley, F. Laquai, Z. H. Lu, S. Hoogland, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, Nano Lett. 20, 3694 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. M. Liu, Y. Chen, C. S. Tan, R. Quintero-Bermudez, A. H. Proppe, R. Munir, H. Tan, O. Voznyy, B. Scheffel, G. Walters, A. P. T. Kam, B. Sun, M. J. Choi, S. Hoogland, A. Amassian, S. O. Kelley, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, Nature 570, 96 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. J. Choi, M. J. Choi, J. Kim, F. Dinic, P. Todorovic, B. Sun, M. Wei, S. W. Baek, S. Hoogland, F. P. García de Arquer, O. Voznyy, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 32, 1906497 (2020).

    Article  Google Scholar 

  50. M. J. Choi, F. P. García de Arquer, A. H. Proppe, A. Seifitokaldani, J. Choi, J. Kim, S. W. Baek, M. Liu, B. Sun, M. Biondi, B. Scheffel, G. Walters, D. H. Nam, J. W. Jo, O. Ouellette, O. Voznyy, S. Hoogland, S. O. Kelley, Y. S. Jung, and E. H. Sargent, Nat. Commun. 11, 103 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  51. Y. Xue, F. Yang, J. Yuan, Y. Zhang, M. Gu, Y. Xu, X. Ling, Y. Wang, F. Li, T. Zhai, J. Li, C. Cui, Y. Chen, and W. Ma, ACS Energy Lett. 4, 2850 (2019).

    Article  Google Scholar 

  52. M. A. Mubarok, H. Aqoma, F. T. A. Wibowo, W. Lee, H. M. Kim, D. Y. Ryu, J. Jeon, and S. Jang, Adv. Energy Mater. 10, 1902933 (2020).

    Article  Google Scholar 

  53. Y. Zhang, Y. Kan, K. Gao, M. Gu, Y. Shi, X. Zhang, Y. Xue, X. Zhang, Z. Liu, Y. Zhang, J. Yuan, W. Ma, and A. K. Y. Jen, ACS Energy Lett. 5, 2335 (2020).

    Article  Google Scholar 

  54. J. Chen, S. Zheng, D. Jia, W. Liu, A. Andruszkiewicz, C. Qin, M. Yu, J. Liu, E. M. J. Johansson, and X. Zhang, ACS Energy Lett. 6, 1970 (2021).

    Article  Google Scholar 

  55. M. Biondi, M. J. Choi, O. Ouellette, S. W. Baek, P. Todorović, B. Sun, S. Lee, M. Wei, P. Li, A. R. Kirmani, L. K. Sagar, L. J. Richter, S. Hoogland, Z. H. Lu, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 32, 1906199 (2020).

    Article  Google Scholar 

  56. M. A. Mubarok, F. T. A. Wibowo, H. Aqoma, N. Vamsi Krishna, W. Lee, D. Y. Ryu, S. Cho, I. H. Jung, and S. Y. Jang, ACS Energy Lett. 5, 3452 (2020).

    Article  Google Scholar 

  57. S. W. Baek, S. Jun, B. Kim, A. H. Proppe, O. Ouellette, O. Voznyy, C. Kim, J. Kim, G. Walters, J. H. Song, S. Jeong, H. R. Byun, M. S. Jeong, S. Hoogland, F. P. García de Arquer, S. O. Kelley, J. Y. Lee, and E. H. Sargent, Nat. Energy 4, 969 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  58. H. I. Kim, J. Lee, M. Choi, S. U. Ryu, K. Choi, S. Lee, S. Hoogland, F. P. G. Arquer, E. H. Sargent, and T. Park, Adv. Energy Mater. 10, 2002084 (2020).

    Article  Google Scholar 

  59. M. Biondi, M. J. Choi, S. Lee, K. Bertens, M. Wei, A. R. Kirmani, G. Lee, H. T. Kung, L. J. Richter, S. Hoogland, Z. H. Lu, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, ACS Energy Lett. 6, 468 (2021).

    Article  Google Scholar 

  60. R. Bashir, M. K. Bilal, A. Bashir, J. Zhao, S. U. Asif, W. Ahmad, J. Xie, and W. Hu, Nanoscale 13, 12991 (2021).

    Article  Google Scholar 

  61. A. R. Kirmani, F. Eisner, A. E. Mansour, Y. Firdaus, N. Chaturvedi, A. Seitkhan, M. I. Nugraha, E. Yarali, F. P. Garcia de Arquer, E. H. Sargent, T. D. Anthopoulos, and A. Amassian, ACS Appl. Energy Mater. 3, 5135 (2020).

    Article  Google Scholar 

  62. J. Choi, Y. Kim, J. W. Jo, J. Kim, B. Sun, G. Walters, F. P. García de Arquer, R. Quintero-Bermudez, Y. Li, C. S. Tan, L. N. Quan, A. P. T. Kam, S. Hoogland, Z. Lu, O. Voznyy, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 29, 1702350 (2017).

    Article  Google Scholar 

  63. L. Hong, H. Yao, Y. Cui, P. Bi, T. Zhang, Y. Cheng, Y. Zu, J. Qin, R. Yu, Z. Ge, and J. Hou, Adv. Mater. 33, 2103091 (2021).

    Article  Google Scholar 

  64. K. Yoshikawa, H. Kawasaki, W. Yoshida, T. Irie, K. Konishi, K. Nakano, T. Uto, D. Adachi, M. Kanematsu, H. Uzu, and K. Yamamoto, Nat. Energy 2, 17032 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  65. M. A. Green, Prog. Photovolt-Res. Appl. 20, 472 (2012).

    Article  Google Scholar 

  66. J. Jeong, M. Kim, J. Seo, H. Lu, P. Ahlawat, A. Mishra, Y. Yang, M. A. Hope, F. T. Eickemeyer, M. Kim, Y. J. Yoon, I. W. Choi, B. P. Darwich, S. J. Choi, Y. Jo, J. H. Lee, B. Walker, S. M. Zakeeruddin, L. Emsley, U. Rothlisberger, A. Hagfeldt, D. S. Kim, M. Grätzel, and J. Y. Kim, Nature 592, 381 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  67. J. Liu, K. Xian, L. Ye, and Z. Zhou, Adv. Mater. 33, 2008115 (2021).

    Article  Google Scholar 

  68. U. Rau, B. Blank, T. C. M. Müller, and T. Kirchartz, Phys. Rev. Appl. 7, 044016 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  69. C. H. M. Chuang, A. Maurano, R. E. Brandt, G. W. Hwang, J. Jean, T. Buonassisi, V. Bulović, and M. G. Bawendi, Nano Lett. 15, 3286 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  70. D. Luo, R. Su, W. Zhang, Q. Gong, and R. Zhu, Nat. Rev. Mater. 5, 44 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  71. J. Wong, S. T. Omelchenko, and H. A. Atwater, ACS Energy Lett. 6, 52 (2021).

    Article  Google Scholar 

  72. J. Jean, T. S. Mahony, D. Bozyigit, M. Sponseller, J. Holovský, M. G. Bawendi, and V. Bulović, ACS Energy Lett. 2, 2616 (2017).

    Article  Google Scholar 

  73. R. H. Gilmore, E. M. Y. Lee, M. C. Weidman, A. P. Willard, and W. A. Tisdale, Nano Lett. 17, 893 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  74. G. Rey, C. Spindler, F. Babbe, W. Rachad, S. Siebentritt, M. Nuys, R. Carius, S. Li, and C. Platzer-Björkman, Phys. Rev. Appl. 9, 064008 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  75. M. H. Wolter, R. Carron, E. Avancini, B. Bissig, T. P. Weiss, S. Nishiwaki, T. Feurer, S. Buecheler, P. Jackson, W. Witte, and S. Siebentritt, Prog. Photovoltaics 30, 702 (2022).

    Article  Google Scholar 

  76. S. Liu, J. Yuan, W. Deng, M. Luo, Y. Xie, Q. Liang, Y. Zou, Z. He, H. Wu, and Y. Cao, Nat. Photon. 14, 300 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  77. S. Siebentritt, T. P. Weiss, M. Sood, M. H. Wolter, A. Lomuscio, and O. Ramirez, J. Phys. Mater. 4, 042010 (2021).

    Article  Google Scholar 

  78. J. Liu, S. Chen, D. Qian, B. Gautam, G. Yang, J. Zhao, J. Bergqvist, F. Zhang, W. Ma, H. Ade, O. Inganäs, K. Gundogdu, F. Gao, and H. Yan, Nat. Energy 1, 16089 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  79. J. M. Ball, and A. Petrozza, Nat. Energy 1, 16149 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  80. N. Taghipour, G. L. Whitworth, A. Othonos, M. Dalmases, S. Pradhan, Y. Wang, G. Kumar, and G. Konstantatos, Adv. Mater. 34, e2107532 (2021).

    Article  Google Scholar 

  81. U. Rau, Phys. Rev. B 76, 085303 (2007).

    Article  ADS  Google Scholar 

  82. L. M. Pazos-Outón, T. P. Xiao, and E. Yablonovitch, J. Phys. Chem. Lett. 9, 1703 (2018).

    Article  Google Scholar 

  83. Y. Wang, D. Qian, Y. Cui, H. Zhang, J. Hou, K. Vandewal, T. Kirchartz, and F. Gao, Adv. Energy Mater. 8, 1801352 (2018).

    Article  Google Scholar 

  84. A. G. Shulga, S. Kahmann, D. N. Dirin, A. Graf, J. Zaumseil, M. V. Kovalenko, and M. A. Loi, ACS Nano 12, 12805 (2018).

    Article  Google Scholar 

  85. M. A. Green, Sol. Cells 7, 337 (1982).

    Article  ADS  Google Scholar 

  86. C. Ma, and N. G. Park, Chem 6, 1254 (2020).

    Article  Google Scholar 

  87. J. Tang, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 23, 12 (2011).

    Article  Google Scholar 

  88. L. Emmanuel, arXiv: 1706.02837.

  89. M. Liu, S. D. Verma, Z. Zhang, J. Sung, and A. Rao, Nano Lett. 21, 8945 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  90. L. Hu, A. Mandelis, X. Lan, A. Melnikov, S. Hoogland, and E. H. Sargent, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 155, 155 (2016).

    Article  Google Scholar 

  91. Y. Cho, B. Hou, J. Lim, S. Lee, S. Pak, J. Hong, P. Giraud, A. R. Jang, Y. W. Lee, J. Lee, J. E. Jang, H. J. Snaith, S. M. Morris, J. I. Sohn, S. N. Cha, and J. M. Kim, ACS Energy Lett. 3, 1036 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  92. O. Ouellette, Optoelectronic Investigations of Colloidal Quantum Dot Solar Cells, Dissertation for the Doctoral Degree (University of Toronto, Toronto, 2019).

    Google Scholar 

  93. O. Ouellette, A. Lesage-Landry, B. Scheffel, S. Hoogland, F. P. García de Arquer, and E. H. Sargent, Adv. Funct. Mater. 30, 1908200 (2019).

    Article  Google Scholar 

  94. I. Ramiro, B. Kundu, M. Dalmases, O. Özdemir, M. Pedrosa, and G. Konstantatos, ACS Nano 14, 7161 (2020).

    Article  Google Scholar 

  95. G. H. Carey, L. Levina, R. Comin, O. Voznyy, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 27, 3325 (2015).

    Article  Google Scholar 

  96. T. Kim, X. Jin, J. H. Song, S. Jeong, and T. Park, ACS Energy Lett. 5, 248 (2020).

    Article  Google Scholar 

  97. C. R. Kagan, and C. B. Murray, Nat. Nanotech. 10, 1013 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  98. L. Hu, Z. Zhang, R. J. Patterson, Y. Hu, W. Chen, C. Chen, D. Li, C. Hu, C. Ge, Z. Chen, L. Yuan, C. Yan, N. Song, Z. L. Teh, G. J. Conibeer, J. Tang, and S. Huang, Nano Energy 46, 212 (2018).

    Article  Google Scholar 

  99. H. Lim, D. Kim, M. Choi, E. H. Sargent, Y. S. Jung, and J. Y. Kim, Adv. Energy Mater. 9, 1901938 (2019).

    Article  Google Scholar 

  100. Y. Liu, M. Gibbs, J. Puthussery, S. Gaik, R. Ihly, H. W. Hillhouse, and M. Law, Nano Lett. 10, 1960 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  101. P. Nagpal, and V. I. Klimov, Nat. Commun. 2, 486 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  102. A. H. Ip, S. M. Thon, S. Hoogland, O. Voznyy, D. Zhitomirsky, R. Debnath, L. Levina, L. R. Rollny, G. H. Carey, A. Fischer, K. W. Kemp, I. J. Kramer, Z. Ning, A. J. Labelle, K. W. Chou, A. Amassian, and E. H. Sargent, Nat. Nanotech. 7, 577 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  103. J. Chang, Y. Ogomi, C. Ding, Y. H. Zhang, T. Toyoda, S. Hayase, K. Katayama, and Q. Shen, Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 6358 (2017).

    Article  Google Scholar 

  104. N. Nakazawa, Y. Zhang, F. Liu, C. Ding, K. Hori, T. Toyoda, Y. Yao, Y. Zhou, S. Hayase, R. Wang, Z. Zou, and Q. Shen, Nanoscale Horiz. 4, 445 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  105. D. Zhitomirsky, O. Voznyy, L. Levina, S. Hoogland, K. W. Kemp, A. H. Ip, S. M. Thon, and E. H. Sargent, Nat. Commun. 5, 3803 (2014).

    Article  ADS  Google Scholar 

  106. W. Chen, R. Guo, H. Tang, K. S. Wienhold, N. Li, Z. Jiang, J. Tang, X. Jiang, L. P. Kreuzer, H. Liu, M. Schwartzkopf, X. W. Sun, S. V. Roth, K. Wang, B. Xu, and P. Müller-Buschbaum, Energy Environ. Sci. 14, 3420 (2021).

    Article  Google Scholar 

  107. Y. Wang, Z. Liu, N. Huo, F. Li, M. Gu, X. Ling, Y. Zhang, K. Lu, L. Han, H. Fang, A. G. Shulga, Y. Xue, S. Zhou, F. Yang, X. Tang, J. Zheng, M. Antonietta Loi, G. Konstantatos, and W. Ma, Nat. Commun. 10, 5136 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  108. M. C. Weidman, M. E. Beck, R. S. Hoffman, F. Prins, and W. A. Tisdale, ACS Nano 8, 6363 (2014).

    Article  Google Scholar 

  109. Y. Xia, S. Liu, K. Wang, X. Yang, L. Lian, Z. Zhang, J. He, G. Liang, S. Wang, M. Tan, H. Song, D. Zhang, J. Gao, J. Tang, M. C. Beard, and J. Zhang, Adv. Funct. Mater. 30, 1907379 (2019).

    Article  Google Scholar 

  110. C. B. Murray, D. J. Norris, and M. G. Bawendi, J. Am. Chem. Soc. 115, 8706 (1993).

    Article  Google Scholar 

  111. B. Hou, Y. Cho, B. S. Kim, J. Hong, J. B. Park, S. J. Ahn, J. I. Sohn, S. N. Cha, and J. M. Kim, ACS Energy Lett. 1, 834 (2016).

    Article  Google Scholar 

  112. D. Zherebetskyy, M. Scheele, Y. Zhang, N. Bronstein, C. Thompson, D. Britt, M. Salmeron, P. Alivisatos, and L. W. Wang, Science 344, 1380 (2014).

    Article  ADS  Google Scholar 

  113. Y. Cao, A. Stavrinadis, T. Lasanta, D. So, and G. Konstantatos, Nat. Energy 1, 16035 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  114. Y. Wang, K. Lu, L. Han, Z. Liu, G. Shi, H. Fang, S. Chen, T. Wu, F. Yang, M. Gu, S. Zhou, X. Ling, X. Tang, J. Zheng, M. A. Loi, and W. Ma, Adv. Mater. 30, 1704871 (2018).

    Article  Google Scholar 

  115. J. Zhang, J. Gao, E. M. Miller, J. M. Luther, and M. C. Beard, ACS Nano 8, 614 (2014).

    Article  Google Scholar 

  116. J. Tang, K. W. Kemp, S. Hoogland, K. S. Jeong, H. Liu, L. Levina, M. Furukawa, X. Wang, R. Debnath, D. Cha, K. W. Chou, A. Fischer, A. Amassian, J. B. Asbury, and E. H. Sargent, Nat. Mater. 10, 765 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  117. H. Choi, J. H. Ko, Y. H. Kim, and S. Jeong, J. Am. Chem. Soc. 135, 5278 (2013).

    Article  Google Scholar 

  118. K. Lu, Y. Wang, Z. Liu, L. Han, G. Shi, H. Fang, J. Chen, X. Ye, S. Chen, F. Yang, A. G. Shulga, T. Wu, M. Gu, S. Zhou, J. Fan, M. A. Loi, and W. Ma, Adv. Mater. 30, e1707572 (2018).

    Article  Google Scholar 

  119. H. Aqoma, M. Al Mubarok, W. T. Hadmojo, E. H. Lee, T. W. Kim, T. K. Ahn, S. H. Oh, and S. Y. Jang, Adv. Mater. 29, 1605756 (2017).

    Article  Google Scholar 

  120. J. H. Song, H. Choi, Y. H. Kim, and S. Jeong, Adv. Energy Mater. 7, 1700301 (2017).

    Article  Google Scholar 

  121. Z. Ning, X. Gong, R. Comin, G. Walters, F. Fan, O. Voznyy, E. Yassitepe, A. Buin, S. Hoogland, and E. H. Sargent, Nature 523, 324 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  122. Z. Yang, A. Janmohamed, X. Lan, F. P. García de Arquer, O. Voznyy, E. Yassitepe, G. H. Kim, Z. Ning, X. Gong, R. Comin, and E. H. Sargent, Nano Lett. 15, 7539 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  123. X. Zhang, J. Zhang, D. Phuyal, J. Du, L. Tian, V. A. Öberg, M. B. Johansson, U. B. Cappel, O. Karis, J. Liu, H. Rensmo, G. Boschloo, and E. M. J. Johansson, Adv. Energy Mater. 8, 1702049 (2018).

    Article  Google Scholar 

  124. D. Yan, M. Liu, Z. Li, and B. Hou, J. Mater. Chem. A 9, 15522 (2021).

    Article  Google Scholar 

  125. C. Ding, L. Zhang, Q. Shen, and L. Ding, J. Semicond. 42, 110203 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  126. Z. Yang, J. Z. Fan, A. H. Proppe, F. P. G. Arquer, D. Rossouw, O. Voznyy, X. Lan, M. Liu, G. Walters, R. Quintero-Bermudez, B. Sun, S. Hoogland, G. A. Botton, S. O. Kelley, and E. H. Sargent, Nat. Commun. 8, 1325 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  127. Y. Zhang, G. Wu, C. Ding, F. Liu, D. Liu, T. Masuda, K. Yoshino, S. Hayase, R. Wang, and Q. Shen, Nano-Micro Lett. 12, 111 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  128. Y. Liu, F. Li, G. Shi, Z. Liu, X. Lin, Y. Shi, Y. Chen, X. Meng, Y. Lv, W. Deng, X. Pan, and W. Ma, ACS Energy Lett. 5, 3797 (2020).

    Article  Google Scholar 

  129. P. R. Brown, D. Kim, R. R. Lunt, N. Zhao, M. G. Bawendi, J. C. Grossman, and V. Bulović, ACS Nano 8, 5863 (2014).

    Article  Google Scholar 

  130. C. H. M. Chuang, P. R. Brown, V. Bulović, and M. G. Bawendi, Nat. Mater. 13, 796 (2014).

    Article  ADS  Google Scholar 

  131. P. H. Rekemeyer, C. H. M. Chuang, M. G. Bawendi, and S. Gradečak, Nano Lett. 17, 6221 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  132. A. R. Kirmani, F. P. García de Arquer, J. Z. Fan, J. I. Khan, G. Walters, S. Hoogland, N. Wehbe, M. M. Said, S. Barlow, F. Laquai, S. R. Marder, E. H. Sargent, and A. Amassian, ACS Energy Lett. 2, 1952 (2017).

    Article  Google Scholar 

  133. A. Chiu, E. Rong, C. Bambini, Y. Lin, C. Lu, and S. M. Thon, ACS Energy Lett. 5, 2897 (2020).

    Article  Google Scholar 

  134. H. Aqoma, and S. Y. Jang, Energy Environ. Sci. 11, 1603 (2018).

    Article  Google Scholar 

  135. S. Lee, M. J. Choi, G. Sharma, M. Biondi, B. Chen, S. W. Baek, A. M. Najarian, M. Vafaie, J. Wicks, L. K. Sagar, S. Hoogland, F. P. G. de Arquer, O. Voznyy, and E. H. Sargent, Nat. Commun. 11, 4814 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  136. Y. Jia, H. Wang, Y. Wang, N. Shibayama, T. Kubo, Y. Liu, X. Zhang, and H. Segawa, ACS Energy Lett. 6, 493 (2021).

    Article  Google Scholar 

  137. C. Ding, Y. Zhang, F. Liu, Y. Kitabatake, S. Hayase, T. Toyoda, R. Wang, K. Yoshino, T. Minemoto, and Q. Shen, Nanoscale Horiz. 3, 417 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  138. M. Liu, F. P. G. de Arquer, Y. Li, X. Lan, G. H. Kim, O. Voznyy, L. K. Jagadamma, A. S. Abbas, S. Hoogland, Z. Lu, J. Y. Kim, A. Amassian, and E. H. Sargent, Adv. Mater. 28, 4142 (2016).

    Article  Google Scholar 

  139. G. H. Kim, F. P. García de Arquer, Y. J. Yoon, X. Lan, M. Liu, O. Voznyy, L. K. Jagadamma, A. S. Abbas, Z. Yang, F. Fan, A. H. Ip, P. Kanjanaboos, S. Hoogland, J. Y. Kim, and E. H. Sargent, Nano Lett. 15, 7691 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  140. A. K. Rath, F. Pelayo Garcia de Arquer, A. Stavrinadis, T. Lasanta, M. Bernechea, S. L. Diedenhofen, and G. Konstantatos, Adv. Mater. 26, 4741 (2014).

    Article  Google Scholar 

  141. S. Pradhan, A. Stavrinadis, S. Gupta, S. Christodoulou, and G. Konstantatos, ACS Energy Lett. 2, 1444 (2017).

    Article  Google Scholar 

  142. G. Shi, A. Kaewprajak, X. Ling, A. Hayakawa, S. Zhou, B. Song, Y. W. Kang, T. Hayashi, M. E. Altun, M. Nakaya, Z. Liu, H. Wang, T. Sagawa, and W. Ma, ACS Energy Lett. 4, 960 (2019).

    Article  Google Scholar 

  143. H. Wang, M. Desbordes, Y. Xiao, T. Kubo, K. Tada, T. Bessho, J. Nakazaki, and H. Segawa, ACS Appl. Energy Mater. 4, 5918 (2021).

    Article  Google Scholar 

  144. R. Azmi, S. H. Oh, and S. Y. Jang, ACS Energy Lett. 1, 100 (2016).

    Article  Google Scholar 

  145. J. Chang, Y. Kuga, I. Mora-Seró, T. Toyoda, Y. Ogomi, S. Hayase, J. Bisquert, and Q. Shen, Nanoscale 7, 5446 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  146. S. Ozu, Y. Zhang, H. Yasuda, Y. Kitabatake, T. Toyoda, M. Hirata, K. Yoshino, K. Katayama, S. Hayase, R. Wang, and Q. Shen, Front. Energy Res. 7, 1 (2019).

    Article  Google Scholar 

  147. R. W. Crisp, D. M. Kroupa, A. R. Marshall, E. M. Miller, J. Zhang, M. C. Beard, and J. M. Luther, Sci. Rep. 5, 9945 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  148. K. Lu, Y. Wang, J. Yuan, Z. Cui, G. Shi, S. Shi, L. Han, S. Chen, Y. Zhang, X. Ling, Z. Liu, L. Chi, J. Fan, and W. Ma, J. Mater. Chem. A 5, 23960 (2017).

    Article  Google Scholar 

Download references

Funding

This work was supported by the Japan Science and Technology Agency (JST) Mirai program (JPMJMI17EA), MEXT KAKENHI (Grant Nos. 26286013, and 17H02736).

Author information

Authors and Affiliations

  1. Faculty of Informatics and Engineering, The University of Electro-Communications, Tokyo, 182-8585, Japan

    Chao Ding & Qing Shen

Authors
  1. Chao Ding
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Qing Shen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Qing Shen.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Ding, C., Shen, Q. How to get high-efficiency lead chalcogenide quantum dot solar cells?. Sci. China Phys. Mech. Astron. 66, 217303 (2023). https://doi.org/10.1007/s11433-022-1918-9

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-022-1918-9

PACS number(s)

Search

Navigation