纳米NiO在钙钛矿电池领域Nature三连!-百灵威

纳米NiO在钙钛矿电池领域Nature三连!

纳米NiO 发3篇Nature

早在2015年,纳米NiO就被用作空穴传输层来制备反式钙钛矿太阳能电池。但是,经过了多年的发展,纳米NiO相关的文章数量虽然很多,但成功地发表在Nature等高水平学术期刊上的文章却寥寥无几。 最近一年,纳米NiO终于在领域内迎来了一个突破。如图1所示,纳米NiO连续发表了三篇Nature正刊 [1-3]。这3篇正刊都是叠层钙钛矿太阳能电池,都采用了反式结构,将NiO层作为空穴传输层,其效率分别为26.4%、27%、24.3%。前两个效率超过了正式结构钙钛矿太阳能电池的记录效率,是反式结构器件的里程碑效率;最后一个是目前三节叠层电池的最高认证效率。

图1. 纳米NiO发表的3篇Nature[1-3]

纳米NiO详细介绍

颗粒尺寸:一般来说,纳米NiO的尺寸是在10 nm以下,颗粒大小和均匀性会影响溶剂中的分散性。如下图2的TEM表征,文献中纳米NiO颗粒尺寸为3-5 nm。

图2. NiO的TEM表征[4]

颗粒组分:如下图3的X射线光电子能谱(XPS)表征所示,纳米NiO一般含有NiO、NiOOH、Ni2O3三种组分,这种混合物具有合适的能级和空穴迁移能力来匹配钙钛矿层。

图3. 纳米NiO不同退火温度的XPS表征[4]

薄膜制备:纳米NiO的快速发展不仅得益于优异的空穴提取能力,还得益于简单的制备工艺,一般溶解于水和异丙醇的混合溶剂,过滤后旋涂即完成NiO薄膜的制备。

薄膜能级:如下图4的UPS表征,纳米NiO薄膜在100 ℃以下退火基本不改变能级,而在150 ℃以上退火时,能级会向上迁移。XPS表征发现高温时NiOOH组分转变为Ni2O3,这是能级变化的原因。这种能级随退火温度的变化,使得NiO薄膜可以匹配多种钙钛矿材料,包括铅基、锡铅混合、锡基钙钛矿材料。

图4. 纳米NiO不同退火温度的UPS表征[4]

表面修饰:不约而同地,前面3篇Nature文章都在NiO薄膜表面修饰自装置单分子层(SAM),这种化学修饰可以有效钝化NiO表面的悬挂键及缺陷。除化学修饰外,如图5,NiO表面的修饰方法还有物理修饰和原子掺杂法。

图5. NiO表面修饰方法[5]

PS:纳米NiO获得链接903975

参考文献
  1. Wang, Zaiwei, et al. "Suppressed phase segregation for triple-junction perovskite solar cells." Nature (2023): 1-3, https://doi.org/10.1038/s41586-023-06006-7.
  2. Chen, Hao, et al. "Regulating surface potential maximizes voltage in all-perovskite tandems." Nature 613.7945 (2023): 676-681.
  3. Lin, Renxing, et al. "All-perovskite tandem solar cells with improved grain surface passivation." Nature 603.7899 (2022): 73-78.
  4. Jiang, Fei, et al. "Post‐treatment‐free solution‐processed non‐stoichiometric NiOx nanoparticles for efficient hole‐transport layers of organic optoelectronic devices." Advanced Materials 27.18 (2015): 2930-2937.
  5. Tiwari, Nidhi, et al. "Advances and Potentials of NiOx Surface Treatments for p−i−n Perovskite Solar Cells." Solar RRL 6.3 (2022): 2100700.
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