The lead halide perovskites have emerged as promising materials with intriguing photo-physical properties and have immense potential for photovoltaic applications. A comprehensive study on the kinetics of charge carrier (electron/hole) generation and transfer across the interface is key to realizing their future scope for efficient device engineering. Herein, we investigate the interfacial charge transfer (CT) dynamics in cesium lead halide (CsPbBr3) perovskite quantum dots (PQDs) with energetically favorable electron acceptors, anthraquinone (AQ) and p-benzoquinone (BQ), and hole acceptors such as pyrene and 4-(dimethylamino)pyridine (DMAP). With various steady-state and time-resolved spectroscopic and microscopic measurements, a faster electron transfer rate is estimated for CsPbBr3 PQDs with BQ compared to that of AQ, while a superior hole transfer for DMAP is divulged compared to pyrene. In concurrence with the spectroscopic measurements, conducting atomic force microscopic studies across the electrode-PQD-electrode junction reveals an increment in the conductance of the PQD in the presence of both the electron and hole acceptors. The variation of the density of states calculation in the presence of the hole acceptors offers strong support and validation for faster CT efficiency. The above findings suggest that a careful selection of simple yet efficient molecular arrangements can facilitate rapid carrier transfer, which can be designed as auxiliary layers for smooth CT and help in the engineering of cost-effective photovoltaic devices.

1.
J.
Shamsi
,
A. S.
Urban
,
M.
Imran
,
L.
De Trizio
, and
L.
Manna
,
Chem. Rev.
119
,
3296
(
2019
).
2.
L.
Protesescu
,
S.
Yakunin
,
M. I.
Bodnarchuk
,
F.
Krieg
,
R.
Caputo
,
C. H.
Hendon
,
R. X.
Yang
,
A.
Walsh
, and
M. V.
Kovalenko
,
Nano Lett.
15
,
3692
(
2015
).
3.
L.
Mishra
,
A.
Panigrahi
,
P.
Dubey
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Appl. Phys.
132
,
195702
(
2022
).
4.
A. K.
Jena
,
A.
Kulkarni
, and
T.
Miyasaka
,
Chem. Rev.
119
,
3036
(
2019
).
5.
Y.
Wei
,
Z.
Cheng
, and
J.
Lin
,
Chem. Soc. Rev.
48
,
310
(
2019
).
6.
X.
Li
,
F.
Cao
,
D.
Yu
,
J.
Chen
,
Z.
Sun
,
Y.
Shen
,
Y.
Zhu
,
L.
Wang
,
Y.
Wei
,
Y.
Wu
, and
H.
Zeng
,
Small
13
,
1603996
(
2017
).
7.
Y.
Dong
,
Y.-K.
Wang
,
F.
Yuan
,
A.
Johnston
,
Y.
Liu
,
D.
Ma
,
M.-J.
Choi
,
B.
Chen
,
M.
Chekini
,
S.-W.
Baek
,
L. K.
Sagar
,
J.
Fan
,
Y.
Hou
,
M.
Wu
,
S.
Lee
,
B.
Sun
,
S.
Hoogland
,
R.
Quintero-Bermudez
,
H.
Ebe
,
P.
Todorovic
,
F.
Dinic
,
P.
Li
,
H. T.
Kung
,
M. I.
Saidaminov
,
E.
Kumacheva
,
E.
Spiecker
,
L.-S.
Liao
,
O.
Voznyy
,
Z.-H.
Lu
, and
E. H.
Sargent
,
Nat. Nanotechnol.
15
,
668
(
2020
).
8.
Q.
Mo
,
C.
Chen
,
W.
Cai
,
S.
Zhao
,
D.
Yan
, and
Z.
Zang
,
Laser Photonics Rev.
15
,
2100278
(
2021
).
9.
H.
Guan
,
S.
Zhao
,
H.
Wang
,
D.
Yan
,
M.
Wang
, and
Z.
Zang
,
Nano Energy
67
,
104279
(
2020
).
10.
X.
Li
,
W.
Ma
,
D.
Liang
,
W.
Cai
,
S.
Zhao
, and
Z.
Zang
,
eScience
2
,
646
(
2022
).
11.
D.
Yan
,
S.
Zhao
,
Y.
Zhang
,
H.
Wang
, and
Z.
Zang
,
Opto-Electron. Adv.
5
,
200075
(
2022
).
12.
M.
Kim
,
J.
Jeong
,
H.
Lu
,
T. K.
Lee
,
F. T.
Eickemeyer
,
Y.
Liu
,
I. W.
Choi
,
S. J.
Choi
,
Y.
Jo
,
H.-B.
Kim
,
S.-I.
Mo
,
Y.-K.
Kim
,
H.
Lee
,
N. G.
An
,
S.
Cho
,
W. R.
Tress
,
S. M.
Zakeeruddin
,
A.
Hagfeldt
,
J. Y.
Kim
,
M.
Grätzel
, and
D. S.
Kim
,
Science
375
,
302
(
2022
).
13.
C.-I.
Chen
,
S.
Wu
,
Y.-A.
Lu
,
C.-C.
Lee
,
K.-C.
Ho
,
Z.
Zhu
,
W.-C.
Chen
, and
C.-C.
Chueh
,
Adv. Sci.
6
,
1901714
(
2019
).
14.
W.
Chen
,
Y.
Wu
,
Y.
Yue
,
J.
Liu
,
W.
Zhang
,
X.
Yang
,
H.
Chen
,
E.
Bi
,
I.
Ashraful
,
M.
Grätzel
, and
L.
Han
,
Science
350
,
944
(
2015
).
15.
T.
Das
,
R.
Nag
,
N. K.
Rana
,
M.
Nayak
,
R.
Paramanik
,
A.
Bera
,
S. K.
Saha
, and
A.
Guchhait
,
Energy Fuels
37
,
10642
(
2023
).
16.
H.
Tan
,
A.
Jain
,
O.
Voznyy
,
X.
Lan
,
F. P.
García de Arquer
,
J. Z.
Fan
,
R.
Quintero-Bermudez
,
M.
Yuan
,
B.
Zhang
,
Y.
Zhao
,
F.
Fan
,
P.
Li
,
L. N.
Quan
,
Y.
Zhao
,
Z.-H.
Lu
,
Z.
Yang
,
S.
Hoogland
, and
E. H.
Sargent
,
Science
355
,
722
(
2017
).
17.
S. S.
Shin
,
E. J.
Yeom
,
W. S.
Yang
,
S.
Hur
,
M. G.
Kim
,
J.
Im
,
J.
Seo
,
J. H.
Noh
, and
S. I.
Seok
,
Science
356
,
167
(
2017
).
18.
X.
Zhang
,
D.
Zhang
,
Y.
Zhou
,
Y.
Du
,
J.
Jin
,
Z.
Zhu
,
Z.
Wang
,
X.
Cui
,
J.
Li
,
S.
Wu
,
J.
Zhang
, and
Q.
Tai
,
Adv. Funct. Mater.
32
,
2205478
(
2022
).
19.
S.
You
,
F. T.
Eickemeyer
,
J.
Gao
,
J.-H.
Yum
,
X.
Zheng
,
D.
Ren
,
M.
Xia
,
R.
Guo
,
Y.
Rong
,
S. M.
Zakeeruddin
,
K.
Sivula
,
J.
Tang
,
Z.
Shen
,
X.
Li
, and
M.
Grätzel
,
Nat. Energy
8
,
515
(
2023
).
20.
S.
Chen
,
J.
Lin
,
S.
Zheng
,
Y.
Zheng
, and
D.
Chen
,
Adv. Funct. Mater.
33
,
2213442
(
2023
).
21.
S.
Liao
,
Z.
Yang
,
J.
Lin
,
S.
Wang
,
J.
Zhu
,
S.
Chen
,
F.
Huang
,
Y.
Zheng
, and
D.
Chen
,
Adv. Funct. Mater.
33
,
2210558
(
2023
).
22.
J.
Lin
,
Y.
Lu
,
X.
Li
,
F.
Huang
,
C.
Yang
,
M.
Liu
,
N.
Jiang
, and
D.
Chen
,
ACS Energy Lett.
6
,
519
(
2021
).
23.
E. M.
Hutter
,
J.-J.
Hofman
,
M. L.
Petrus
,
M.
Moes
,
R. D.
Abellón
,
P.
Docampo
, and
T. J.
Savenije
,
Adv. Energy Mater.
7
,
1602349
(
2017
).
24.
J.-S.
Huang
,
T.
Goh
,
X.
Li
,
M. Y.
Sfeir
,
E. A.
Bielinski
,
S.
Tomasulo
,
M. L.
Lee
,
N.
Hazari
, and
A. D.
Taylor
,
Nat. Photonics
7
,
479
(
2013
).
25.
G. O.
Odunmbaku
,
S.
Chen
,
B.
Guo
,
Y.
Zhou
,
N. A. N.
Ouedraogo
,
Y.
Zheng
,
J.
Li
,
M.
Li
, and
K.
Sun
,
Adv. Mater. Interfaces
9
,
2102137
(
2022
).
26.
R. K.
Behera
,
A.
Sau
,
L.
Mishra
,
S.
Mondal
,
K.
Bera
,
S.
Kumar
,
S.
Basu
, and
M. K.
Sarangi
,
Sci. Rep.
10
,
18454
(
2020
).
27.
K.
Wu
,
G.
Liang
,
Q.
Shang
,
Y.
Ren
,
D.
Kong
, and
T.
Lian
,
J. Am. Chem. Soc.
137
,
12792
(
2015
).
28.
S.
Mandal
,
L.
George
, and
N. V.
Tkachenko
,
Nanoscale
11
,
862
(
2019
).
29.
J.
DuBose
and
P. V.
Kamat
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
6074
(
2019
).
30.
S. M.
Kobosko
,
J. T.
DuBose
, and
P. V.
Kamat
,
ACS Energy Lett.
5
,
221
(
2020
).
31.
A.
Kipkorir
,
X.
Jin
,
H.
Gao
, and
P. V.
Kamat
,
J. Chem. Phys.
158
,
144702
(
2023
).
32.
U.
Thupakula
,
J. K.
Bal
,
A.
Debangshi
,
A. H.
Khan
,
A.
Dalui
, and
S.
Acharya
,
J. Phys. Chem. C
116
,
18564
(
2012
).
33.
L.
Mishra
,
A.
Kumar
,
A.
Panigrahi
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
,
P.
Parida
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. Lett.
14
,
7340
(
2023
).
34.
L.
Mishra
,
R. K.
Behera
,
A.
Panigrahi
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. Lett.
14
,
2651
(
2023
).
35.
L.
Mishra
,
R. K.
Behera
,
A.
Panigrahi
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. Lett.
13
,
4357
(
2022
).
36.
X.
Li
,
Y.
Wu
,
S.
Zhang
,
B.
Cai
,
Y.
Gu
,
J.
Song
, and
H.
Zeng
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
2435
(
2016
).
37.
M. K.
Sarangi
,
A. K.
Mitra
,
C.
Sengupta
,
S.
Ghosh
,
S.
Chakraborty
,
C.
Saha
, and
S.
Basu
,
J. Phys. Chem. C
117
,
2166
(
2013
).
38.
M. K.
Sarangi
and
S.
Basu
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
16821
(
2011
).
39.
M. K.
Sarangi
and
S.
Basu
,
Chem. Phys. Lett.
506
,
205
(
2011
).
40.
M. K.
Sarangi
,
D.
Dey
, and
S.
Basu
,
J. Phys. Chem. A
115
,
128
(
2011
).
41.
M. K.
Sarangi
,
D.
Bhattacharyya
, and
S.
Basu
,
ChemPhysChem
13
,
525
(
2012
).
42.
H. A.
Benesi
and
J. H.
Hildebrand
,
J. Am. Chem. Soc.
71
,
2703
(
1949
).
43.
J. T.
DuBose
and
P. V.
Kamat
,
J. Am. Chem. Soc.
143
,
19214
(
2021
).
44.
R.
Behera
,
A.
Sau
,
L.
Mishra
,
K.
Bera
,
S.
Mallik
,
A.
Nayak
,
S.
Basu
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. C
123
,
27937
(
2019
).
45.
T.
Ikuno
,
H.
Okamoto
,
Y.
Sugiyama
,
H.
Nakano
,
F.
Yamada
, and
I.
Kamiya
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
023107
(
2011
).
46.
F.
Xu
,
K.
Meng
,
B.
Cheng
,
S.
Wang
,
J.
Xu
, and
J.
Yu
,
Nat. Commun.
11
,
4613
(
2020
).
47.
Z.
Shi
,
S.
Li
,
Y.
Li
,
H.
Ji
,
X.
Li
,
D.
Wu
,
T.
Xu
,
Y.
Chen
,
Y.
Tian
,
Y.
Zhang
,
C.
Shan
, and
G.
Du
,
ACS Nano
12
,
1462
(
2018
).
48.
J.
Ma
,
H.
Wu
,
J.
Qiu
,
J.
Wang
,
Q.
Wang
,
Y.
Yang
,
D.
Zhou
, and
J.
Han
,
J. Mater. Chem. C
7
,
3751
(
2019
).
49.
M.
Zhang
,
Z.-Q.
Tian
,
D.-L.
Zhu
,
H.
He
,
S.-W.
Guo
,
Z.-L.
Chen
, and
D.-W.
Pang
,
New J. Chem.
42
,
9496
(
2018
).
50.
A.
Zhao
,
Y.
Sheng
,
C.
Liu
,
S.
Yuan
,
X.
Shan
,
Y.
Di
, and
Z.
Gan
,
Nanotechnology
32
,
135701
(
2021
).
51.
X.
Wen
,
Y.
Feng
,
S.
Huang
,
F.
Huang
,
Y.-B.
Cheng
,
M.
Green
, and
A.
Ho-Baillie
,
J. Mater. Chem. C
4
,
793
(
2016
).
52.
Q.
Li
and
T.
Lian
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
566
(
2019
).
53.
H.
Lu
,
X.
Zhu
,
C.
Miller
,
J.
San Martin
,
X.
Chen
,
E. M.
Miller
,
Y.
Yan
, and
M. C.
Beard
,
J. Chem. Phys.
151
,
204305
(
2019
).
54.
N. J.
Jeon
,
J.
Lee
,
J. H.
Noh
,
M. K.
Nazeeruddin
,
M.
Grätzel
, and
S. I.
Seok
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
19087
(
2013
).
55.
S.
Mandal
and
N. V.
Tkachenko
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
2775
(
2019
).
56.
Y.
Li
,
J.-J.
Ye
,
A.
Medjahed
,
D.
Aldakov
,
S.
Pouget
,
E.
Djurado
,
L.
Xu
, and
P.
Reiss
,
ACS Appl. Energy Mater.
6
,
1555
(
2023
).
57.
S.
Sarkar
,
V. K.
Ravi
,
S.
Banerjee
,
G. R.
Yettapu
,
G. B.
Markad
,
A.
Nag
, and
P.
Mandal
,
Nano Lett.
17
,
5402
(
2017
).
58.
Y.
Ou
,
A.
Sun
,
H.
Li
,
T.
Wu
,
D.
Zhang
,
P.
Xu
,
R.
Zhao
,
L.
Zhu
,
R.
Wang
,
B.
Xu
,
Y.
Hua
, and
L.
Ding
,
Mater. Chem. Front.
5
,
876
(
2021
).
59.
S.
Biswas
,
S.
Akhil
,
N.
Kumar
,
M.
Palabathuni
,
R.
Singh
,
V. G. V.
Dutt
, and
N.
Mishra
,
J. Phys. Chem. Lett.
14
,
1910
(
2023
).
60.
S.
Akhil
,
V. G. V.
Dutt
,
R.
Singh
, and
N.
Mishra
,
J. Phys. Chem. C
125
,
22133
(
2021
).
61.
S.
Akhil
,
V. G. V.
Dutt
, and
N.
Mishra
,
Nanoscale Adv
3
,
2547
(
2021
).
62.
A.
De
,
N.
Mondal
, and
A.
Samanta
,
J. Phys. Chem. C
122
,
13617
(
2018
).
63.
E.
Moyen
,
A.
Kanwat
,
S.
Cho
,
H.
Jun
,
R.
Aad
, and
J.
Jang
,
Nanoscale
10
,
8591
(
2018
).
64.
H.
Si
,
S.
Zhang
,
S.
Ma
,
Z.
Xiong
,
A.
Kausar
,
Q.
Liao
,
Z.
Zhang
,
A.
Sattar
,
Z.
Kang
, and
Y.
Zhang
,
Adv. Energy Mater.
10
,
1903922
(
2020
).
65.
N.
Darwish
,
I.
Díez-Pérez
,
P.
Da Silva
,
N.
Tao
,
J. J.
Gooding
, and
M. N.
Paddon-Row
,
Angew. Chem.
124
,
3257
(
2012
).
66.
P.
Petrangolini
,
A.
Alessandrini
, and
P.
Facci
,
J. Phys. Chem. C
117
,
17451
(
2013
).
67.
Y.
Tan
,
H.
Cheng
,
Y.
Zhao
,
L.
Wan
, and
Z.-S.
Wang
,
J. Mater. Chem. A
10
,
7173
(
2022
).
68.
F.-C.
Chiu
,
Adv. Mater. Sci. Eng.
2014
,
578168
.
69.
J.
Xu
,
Q.
Wang
,
Z.
Tao
,
Y.
Zhai
,
C.
Guangdian
,
Z.
Qi
, and
X.
Zhang
,
IEEE Trans. Electron Devices
64
,
2364
(
2017
).
70.
L.
Mishra
,
R. K.
Behera
,
S.
Mondal
,
A.
Panigrahi
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. C
125
,
23398
(
2021
).
71.
L.
Mishra
,
R. K.
Behera
,
S.
Mondal
,
S.
Kumar
,
A.
Panigrahi
, and
M. K.
Sarangi
,
Carbon
178
,
594
(
2021
).
72.
I.
Casuso
,
L.
Fumagalli
,
J.
Samitier
,
E.
Padrós
,
L.
Reggiani
,
V.
Akimov
, and
G.
Gomila
,
Phys. Rev. E
76
,
041919
(
2007
).
73.
J. M.
Beebe
,
B.
Kim
,
J. W.
Gadzuk
,
C.
Daniel Frisbie
, and
J. G.
Kushmerick
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
026801
(
2006
).
74.
A.
Panigrahi
,
R. K.
Behera
,
L.
Mishra
,
S.
Kumar
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
, and
M. K.
Sarangi
,
Carbon
206
,
114
(
2023
).
75.
A.
Nayak
and
K. A.
Suresh
,
Phys. Rev. E
78
,
021606
(
2008
).
76.
P.-W.
Chiu
and
S.
Roth
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
042107
(
2008
).
77.
B. K.
Sarker
and
S. I.
Khondaker
,
ACS Nano
6
,
4993
(
2012
).
78.
A.
Panigrahi
,
R. K.
Behera
,
L.
Mishra
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
, and
M. K.
Sarangi
,
Talanta Open
7
,
100198
(
2023
).
79.
R. K.
Behera
,
L.
Mishra
,
A.
Panigrahi
,
P. K.
Sahoo
, and
M. K.
Sarangi
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
14
,
5750
(
2022
).
80.
S.
Datta
,
Electronic Transport in Mesoscopic Systems
(
Cambridge University Press
,
Cambridge
,
1995
).
81.
D.
Ghosh
,
P.
Parida
, and
S. K.
Pati
,
J. Phys. Chem. C
116
,
18487
(
2012
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.