Modulating Exciton Dynamics in Composite Nanocrystals for Excitonic Solar Cells.
Quantum dots (QDs) represent one of the most promising materials for third-generation solar cells due to their potential to boost the photoconversion efficiency beyond the Shockley-Queisser limit. Composite nanocrystals can challenge the current scenario by combining broad spectral response and tailored energy levels to favor charge extraction and reduce energy and charge recombination. We synthesized PbS/CdS QDs with different compositions at the surface of TiO2 nanoparticles assembled in a mesoporous film. The ultrafast photoinduced dynamics and the charge injection processes were investigated by pump-probe spectroscopy. We demonstrated good injection of photogenerated electrons from QDs to TiO2 in the PbS/CdS blend and used the QDs to fabricate solar cells. The fine-tuning of chemical composition and size of lead and cadmium chalcogenide QDs led to highly efficient PV devices (3% maximum photoconversion efficiency). This combined study paves the way to the full exploitation of QDs in next-generation photovoltaic (PV) devices.
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Isabella
I
Concina
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Cristian
C
Manzoni
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Giulia
G
Grancini
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Mert
M
Celikin
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Afsoon
A
Soudi
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Federico
F
Rosei
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Margherita
M
Zavelani-Rossi
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Giulio
G
Cerullo
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Brescia, Via Valotti 9, 25133 Brescia, Italy.|Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|Center for Nano Science and Technology@Polimi, Istituto Italiano di Tecnologia, via Giovanni Pascoli 70/3, 20133, Milan, Italy.|INRS Centre for Energy, Materials and Telecommunications, 1650 Boulevard Lionel Boulet, J3X 1S2 Varennes, Quebec, Canada.|Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN)-CNR, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy.|SENSOR Lab, Istituto Nazionale di Ottica, CNR, Via Branze 45, 25123 Brescia, Italy.|Luleå University of Technology, 971 98 Luleå, Sweden.
Alberto
A
Vomiero
composite quantum dots; exciton dynamics; quantum dot solar cells; successive ionic layer absorption and reaction; transient absorption; ultrafast photoinduced dynamics