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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Nandy,&#x20;Subhajit</dcvalue>
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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Gautam,&#x20;Sanjeev</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Chae,&#x20;Keun&#x20;Hwa</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Nanda,&#x20;B.&#x20;R.&#x20;K.</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Sudakar,&#x20;Chandran</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-01-19T18:01:23Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="available">2024-01-19T18:01:23Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="created">2021-09-04</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="issued">2020-03-25</dcvalue>
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<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Designing&#x20;solid-state&#x20;perovskite&#x20;oxide&#x20;solar&#x20;cells&#x20;with&#x20;large&#x20;short&#x20;circuit&#x20;current&#x20;(J(SC))&#x20;and&#x20;open&#x20;circuit&#x20;voltage&#x20;(V-OC)&#x20;has&#x20;been&#x20;a&#x20;challenging&#x20;problem.&#x20;Epitaxial&#x20;BiFeO3&#x20;(BFO)&#x20;films&#x20;are&#x20;known&#x20;to&#x20;exhibit&#x20;large&#x20;V-OC&#x20;(&gt;50&#x20;V).&#x20;However,&#x20;they&#x20;exhibit&#x20;low&#x20;J(SC&#x20;)(&lt;&lt;mu&#x20;A&#x2F;cm(2))&#x20;under&#x20;1&#x20;Sun&#x20;illumination.&#x20;In&#x20;this&#x20;work,&#x20;taking&#x20;polycrystalline&#x20;BiFeO3&#x20;thin&#x20;films,&#x20;we&#x20;demonstrate&#x20;that&#x20;oxygen&#x20;vacancies&#x20;(V-O)&#x20;present&#x20;within&#x20;the&#x20;lattice&#x20;and&#x20;at&#x20;grain&#x20;boundary&#x20;(GB)&#x20;can&#x20;explicitly&#x20;be&#x20;controlled&#x20;to&#x20;achieve&#x20;hie&#x20;J(SC)&#x20;and&#x20;V-OC&#x20;simultaneously.&#x20;While&#x20;aliovalent&#x20;substitution&#x20;(Ca2+&#x20;at&#x20;Bi3+&#x20;site)&#x20;is&#x20;used&#x20;to&#x20;control&#x20;the&#x20;lattice&#x20;V-O,&#x20;Ca&#x20;and&#x20;Ti&#x20;cosubstitution&#x20;is&#x20;used&#x20;to&#x20;bring&#x20;out&#x20;only&#x20;GB-V-O.&#x20;Fluorine-doped&#x20;tin&#x20;oxide&#x20;(FTO)&#x2F;Bi1-xCaxFe1-yTiyO3-delta&#x2F;Au&#x20;devices&#x20;are&#x20;tested&#x20;for&#x20;photovoltaic&#x20;characteristics.&#x20;Introducing&#x20;V-O&#x20;increases&#x20;the&#x20;photocurrent&#x20;by&#x20;four&#x20;orders&#x20;(J(SC)&#x20;similar&#x20;to&#x20;3&#x20;mA&#x2F;cm(2)).&#x20;On&#x20;the&#x20;contrary,&#x20;V-OC&#x20;is&#x20;found&#x20;to&#x20;be&#x20;&lt;0.5&#x20;V,&#x20;as&#x20;against&#x20;0.5-3&#x20;V&#x20;observed&#x20;for&#x20;the&#x20;pristine&#x20;BiFeO3.&#x20;Ca&#x20;and&#x20;Ti&#x20;cosubstitution&#x20;facilitate&#x20;the&#x20;formation&#x20;of&#x20;smaller&#x20;crystallites,&#x20;which&#x20;in&#x20;turn&#x20;increase&#x20;the&#x20;GB&#x20;area&#x20;and&#x20;thereby&#x20;the&#x20;GB-V-O.&#x20;This&#x20;creates&#x20;defect&#x20;bands&#x20;occupying&#x20;the&#x20;bulk&#x20;band&#x20;gap,&#x20;as&#x20;inferred&#x20;from&#x20;the&#x20;diffused&#x20;reflection&#x20;spectra&#x20;and&#x20;band&#x20;structure&#x20;calculations,&#x20;leading&#x20;to&#x20;a&#x20;three-order&#x20;increase&#x20;in&#x20;J(SC).&#x20;The&#x20;cosubstitution,&#x20;following&#x20;a&#x20;charge&#x20;compensation&#x20;mechanism,&#x20;decreases&#x20;the&#x20;lattice&#x20;V-O&#x20;concentration&#x20;significantly&#x20;to&#x20;retain&#x20;the&#x20;ferroelectric&#x20;nature&#x20;with&#x20;enhanced&#x20;polarization.&#x20;It&#x20;helps&#x20;to&#x20;achieve&#x20;V-OC&#x20;(3-8&#x20;V)&#x20;much&#x20;larger&#x20;than&#x20;that&#x20;of&#x20;BiFeO3&#x20;(0.5-3&#x20;V).&#x20;It&#x20;is&#x20;noteworthy&#x20;that&#x20;as&#x20;Ca&#x20;substitution&#x20;maintains&#x20;moderate&#x20;crystallite&#x20;size,&#x20;the&#x20;lattice&#x20;V-O&#x20;concentration&#x20;dominates&#x20;GB-V-O&#x20;concentration.&#x20;Notwithstanding,&#x20;both&#x20;lattice&#x20;and&#x20;GB-V-O&#x20;contribute&#x20;to&#x20;the&#x20;increase&#x20;in&#x20;J(SC);&#x20;the&#x20;former&#x20;weakens&#x20;ferroelectricity,&#x20;and&#x20;as&#x20;a&#x20;consequence,&#x20;undesirably,&#x20;V-OC&#x20;is&#x20;lowered&#x20;well&#x20;below&#x20;0.5&#x20;V.&#x20;Using&#x20;optimum&#x20;J(SC)&#x20;and&#x20;V-OC,&#x20;we&#x20;demonstrate&#x20;that&#x20;the&#x20;efficiency&#x20;-0.22%&#x20;can&#x20;be&#x20;achieved&#x20;in&#x20;solid-state&#x20;BFO&#x20;solar&#x20;cells&#x20;under&#x20;AM&#x20;1.5&#x20;one&#x20;Sun&#x20;illumination.</dcvalue>
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