Lead sulfide quantum dot (PbS QD) solar cell efficiencies have improved rapidly over the past years due in large part to intelligent band alignment considerations. A pn-junction can be formed by connecting PbS layers with contrasting ligands. However, the resulting doping concentrations are typically low and cannot be effectively controlled. Here, we present a method of chemically p-doping films of thiol capped PbS QDs. P-n junction solar cells with increased doping in the p-type layer show improved short circuit current and fill factor, leading to an improvement in the power conversion efficiency from 7.1% to 7.6%. By examining Schottky diodes, field effect transistors, and the absorption spectra of treated and untreated PbS QDs, we show that the improved efficiency is due to the increased doping concentration in the thiol capped QD layer and to denser packing of the PbS QD film.

1.
M. V.
Kovalenko
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
994
(
2015
).
2.
3.
P. R.
Brown
,
D.
Kim
,
R. R.
Lunt
,
N.
Zhao
,
M. G.
Bawendi
,
J. C.
Grossman
, and
V.
Bulović
,
ACS Nano
8
,
5863
(
2014
).
4.
X.
Lan
,
O.
Voznyy
,
F. P.
Garcia de Arquer
,
M.
Liu
,
J.
Xu
,
A. H.
Proppe
,
G.
Walters
,
F.
Fan
,
H.
Tan
,
M.
Liu
,
Z.
Yang
,
S.
Hoogland
, and
E. H.
Sargent
,
Nano Lett.
16
(
7
),
4630
4634
(
2016
).
5.
C.-H. M.
Chuang
,
P. R.
Brown
,
V.
Bulović
, and
M. G.
Bawendi
,
Nat. Mater.
13
,
796
(
2014
).
6.
M. J.
Speirs
,
D. N.
Dirin
,
M.
Abdu-Aguye
,
D. M.
Balazs
,
M. V.
Kovalenko
, and
M. A.
Loi
,
Energy Environ. Sci.
9
,
2916
(
2016
).
7.
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
).
8.
A.
Polman
,
M.
Knight
,
E. C.
Garnett
,
B.
Ehrler
, and
W. C.
Sinke
,
Science
352
(
6283
) (
2016
).
9.
A.
Stavrinadis
and
G.
Konstantatos
,
ChemPhysChem
17
,
632
(
2016
).
10.
E. J.
Klem
,
H.
Shukla
,
S.
Hinds
,
D. D.
MacNeil
,
L.
Levina
, and
E. H.
Sargent
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
212105
(
2008
).
11.
D. M.
Balazs
,
M. I.
Nugraha
,
S. Z.
Bisri
,
M.
Sytnyk
,
W.
Heiss
, and
M. A.
Loi
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
112104
(
2014
).
12.
O.
Voznyy
,
D.
Zhitomirsky
,
P.
Stadler
,
Z.
Ning
,
S.
Hoogland
, and
E. H.
Sargent
,
ACS Nano
6
,
8448
(
2012
).
13.
G.
Konstantatos
,
L.
Levina
,
A.
Fischer
, and
E. H.
Sargent
,
Nano Lett.
8
,
1446
(
2008
).
14.
M.-J.
Choi
,
J.
Oh
,
J.-K.
Yoo
,
J.
Choi
,
D.
Sim
, and
Y. S.
Jung
,
Energy Environ. Sci.
7
,
3052
(
2014
).
15.
S. J.
Oh
,
C.
Uswachoke
,
T.
Zhao
,
J.-H.
Choi
,
B. T.
Diroll
,
C. B.
Murray
, and
C. R.
Kagan
,
ACS Nano
9
,
7536
(
2015
).
16.
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. Nano.
7
,
577
(
2012
).
17.
D.
Zhitomirsky
,
M.
Furukawa
,
J.
Tang
,
P.
Stadler
,
S.
Hoogland
,
O.
Voznyy
,
H.
Liu
, and
E. H.
Sargent
,
Adv. Mater.
24
,
6181
(
2012
).
18.
S. J.
Oh
,
N. E.
Berry
,
J.-H.
Choi
,
E. A.
Gaulding
,
T.
Paik
,
S.-H.
Hong
,
C. B.
Murray
, and
C. R.
Kagan
,
ACS Nano
7
,
2413
(
2013
).
19.
J. M.
Luther
and
J. M.
Pietryga
,
ACS Nano
7
,
1845
(
2013
).
20.
D.
Kim
,
D.-H.
Kim
,
J.-H.
Lee
, and
J. C.
Grossman
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
196802
(
2013
).
21.
J.
Liu
,
Q.
Zhao
,
J.-L.
Liu
,
Y.-S.
Wu
,
Y.
Cheng
,
M.-W.
Ji
,
H.-M.
Qian
,
W.-C.
Hao
,
L.-J.
Zhang
,
X.-J.
Wei
,
S.-G.
Wang
,
J.-T.
Zhang
,
Y.
Du
,
S. X.
Dou
, and
H.-S.
Zhu
,
Adv. Mater.
27
,
2753
(
2015
).
22.
H.
Liu
,
D.
Zhitomirsky
,
S.
Hoogland
,
J.
Tang
,
I. J.
Kramer
,
Z.
Ning
, and
E. H.
Sargent
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
151112
(
2012
).
23.
A.
Stavrinadis
,
A. K.
Rath
,
F. P. G.
de Arquer
,
S. L.
Diedenhofen
,
C.
Magén
,
L.
Martinez
,
D.
So
, and
G.
Konstantatos
,
Nat. Commun.
4
,
2981
(
2013
).
24.
D. V.
Talapin
and
C. B.
Murray
,
Science
310
,
86
(
2005
).
25.
M.
Yuan
,
O.
Voznyy
,
D.
Zhitomirsky
,
P.
Kanjanaboos
, and
E. H.
Sargent
,
Adv. Mater.
27
,
917
(
2015
).
26.
S.
Oh
,
D.
Straus
,
T.
Zhao
,
J.-H.
Choi
,
S.-W.
Lee
,
E.
Gaulding
,
C.
Murray
, and
C.
Kagan
,
Chem. Commun.
53
,
728
(
2017
).
27.
E.
Goodwin
,
D. B.
Straus
,
E. A.
Gaulding
,
C. B.
Murray
, and
C. R.
Kagan
,
Chem. Phys.
471
,
81
(
2016
).
28.
Y.
Liu
,
J.
Tolentino
,
M.
Gibbs
,
R.
Ihly
,
C. L.
Perkins
,
Y.
Liu
,
N.
Crawford
,
J. C.
Hemminger
, and
M.
Law
,
Nano Lett.
13
,
1578
(
2013
).
29.
D. K.
Kim
,
A. T.
Fafarman
,
B. T.
Diroll
,
S. H.
Chan
,
T. R.
Gordon
,
C. B.
Murray
, and
C. R.
Kagan
,
ACS Nano
7
,
8760
(
2013
).
30.
A.
Nag
,
M. V.
Kovalenko
,
J.-S.
Lee
,
W.
Liu
,
B.
Spokoyny
, and
D. V.
Talapin
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
10612
(
2011
).
31.
L.-H.
Lai
,
L.
Protesescu
,
M. V.
Kovalenko
, and
M. A.
Loi
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
736
(
2014
).
32.
T.
Zhao
,
E. D.
Goodwin
,
J.
Guo
,
H.
Wang
,
B. T.
Diroll
,
C. B.
Murray
, and
C. R.
Kagan
,
ACS Nano
10
,
9267
(
2016
).
33.
A.
Rath
,
F. P.
García de Arquer
,
A.
Stavrinadis
,
T.
Lasanta
,
M.
Bernechea
,
S. L.
Diedenhofen
, and
G.
Konstantatos
,
Adv. Mater.
26
,
4741
(
2014
).
34.
K. W.
Kemp
,
A. J.
Labelle
,
S. M.
Thon
,
A. H.
Ip
,
I. J.
Kramer
,
S.
Hoogland
, and
E. H.
Sargent
,
Adv. Energy Mater.
3
,
917
(
2013
).
35.
L.
Hu
,
A.
Mandelis
,
X.
Lan
,
A.
Melnikov
,
S.
Hoogland
, and
E. H.
Sargent
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
155
,
155
(
2016
).
36.
P. R.
Brown
,
R. R.
Lunt
,
N.
Zhao
,
T. P.
Osedach
,
D. D.
Wanger
,
L.-Y.
Chang
,
M. G.
Bawendi
, and
V.
Bulović
,
Nano Lett.
11
,
2955
(
2011
).
37.
B.
Hirschorn
,
M. E.
Orazem
,
B.
Tribollet
,
V.
Vivier
,
I.
Frateur
, and
M.
Musiani
,
Electrochim. Acta
55
,
6218
(
2010
).
38.
C.
Hsu
and
F.
Mansfeld
,
Corrosion
57
,
747
(
2001
).
39.
K.
Szendrei
,
M.
Speirs
,
W.
Gomulya
,
D.
Jarzab
,
M.
Manca
,
O. V.
Mikhnenko
,
M.
Yarema
,
B. J.
Kooi
,
W.
Heiss
, and
M. A.
Loi
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
1598
(
2012
).
40.
S. M.
Sze
and
K. K.
Ng
,
Physics of Semiconductor Devices
(
Wiley
,
Hoboken, NJ, USA
,
2007
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.