Inverse Opal Photonic Nanostructures for Enhanced Light Harvesting in CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells

材料科学 光子学 光子晶体 纳米结构 光电子学 吸收(声学) 钙钛矿(结构) 图层(电子) 聚苯乙烯 纳米技术 复合材料 聚合物 化学工程 工程类
作者
Nathan Daem,A. Mayer,Gilles Spronck,Pierre Colson,Jérôme Loïcq,Catherine Henrist,Rudi Cloots,Anthony Maho,Michaël Lobet,Jennifer Dewalque
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (9): 13583-13593 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c03274
摘要

Light management strategies using photonic crystals have been proven to efficiently improve light harvesting and subsequently conversion efficiency of various optoelectronic devices. This study focuses on 3D inverse opal CH3NH3PbI3 photoanodes in perovskite solar cells from a combined numerical and experimental approach. Varying the pore size and the layer thickness in numerical simulations, we first determined theoretical optimum from a purely optical point of view. Corresponding 3D inverse opal photonic nanostructures were then fabricated through spin-coating protocols using polystyrene nanospheres of various diameters as hard templating sacrificial agents. It demonstrates how the photonic nanostructuration of the perovskite layer impacts both optical and electronic properties of experimental samples. Regarding the individual 3D inverse opal perovskite layers, an optimum of light absorption is reached for an ∼500 nm diameter pore photonic nanostructure, with a photonic absorption enhancement as high as 16.1% compared to an unstructured compact benchmark. However, in addition to electronic-related countereffects, local light absorption in the hole transporting material is observed in assembled solar cells, weakening the light management benefits of the perovskite layer nanostructuration to only ∼3% photonic enhancement.
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