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.

相关阅读

小分子，大用途——PCBM
钙钛矿太阳能电池传输层材料钜惠来袭
买买买！钙钛矿前驱体优惠狂飙
【干货速递】选对“碘化铅”，你的PCE数据将稳步增长！
用于高效钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料——Spiro-OMeTAD
高品质导电玻璃——助力钙钛矿太阳能电池发展
SnO2分散液——粒径3-6 nm，稳定性好，可用于钙钛矿太阳能电池
钙钛矿太阳能电池研究用试剂
用于高效钙钛矿太阳能电池 空穴选择自组装单分子层成型试剂
明星空穴传输层材料——聚三芳基胺
阴极界面材料——PDI衍生物
供体和受体材料组合推荐——Y6和PM6
OPV小分子受体材料定制——Y6衍生物