网络知识 娱乐 武大《AFM》:效率高达23%!这类钙钛矿太阳能电池最高值之一

武大《AFM》:效率高达23%!这类钙钛矿太阳能电池最高值之一


溶液法制备的NiOx纳米晶(NiOx NCS)墨水可以方便地沉积NiOx薄膜作为钙钛矿太阳能电池(PSCs)的空穴传输层(HTL)。相应PSCs的效率和稳定性在很大程度上取决于所合成的NiOx NCS的尺寸和能级;然而,先前的研究表明,这两个方面很难同时控制以最大化器件性能。


来自武汉大学的学者以四烷基氢氧化铵(TAAOHs,烷基=甲基、乙基、丙基、丁基)为沉淀碱,合成了高度分散的NiOx纳米碳管,其中不同烷基链长的TAAOHs可以控制NiOx纳米碳管的尺寸,进而改变其Ni3+的含量,从而使NiOx薄膜的能级可调。具有最长的丁基链时,NiOx/钙钛矿界面的晶体尺寸最小,能级排列最佳。在进一步钝化NiOxHTL表面有害的Ni3+粒子后,本文获得了高达23%的功率转换效率(PCE),这是已报道的NiOx基倒置PSCS中最高的PCE之一。此外,未封装的器件具有良好的紫外线稳定性,在200h的照射下,其仍保持在87%的PCE。相关文章以“NiOxNanocrystals with Tunable Size and Energy Levels for Efficient and UV Stable Perovskite Solar Cells”标题发表在Advanced Functional Materials。


论文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202203049


图 1.a–d) 分别对所制备的NiOx-M、NiOx-E、NiOx-P和NiOx-B NCs进行透射电镜和HRTEM图像。e,f)制备的NiOx-B NCS的相应SAED图案和HRTEM图像。g) 4个NiOx NCs的XRD图谱。


图 2.a–d) 玻璃/ITO 基板上制备的 NiOx-M、NiOx-E、NiOx-P 和NiOx-B 薄膜的 SEM 图像、e–h) AFM 显微照片和 i–l) UPS 光谱。


图 3.a) 横截面 SEM 图像和 b) 完整 PSC 的示意图。c) PSC的相应能级图。d)具有代表性的J-V曲线和e)具有四种不同NiOxHTL的器件的JSC,VOC,FF和PCE分布。


图 4.a–d) 顶视图和 e–h)分别沉积在 NiOx-M/PTAA、NiOx-E/PTAA、NiOx-P/PTAA和 NiOx-B/PTAA 底物上的钙钛矿的横截面 SEM 图像。


图 5.a) J–V 曲线,b)性能最佳的Cs/FA/MA 混合钙钛矿基 PSC 与 NiOx-B/PTAA高温再催化分解的 EQE 光谱。c) 在相对湿度为 43% 的环境气氛中,基于不同高温再热模块的未封装 MAPbI3PSC 在连续紫外光辐照度(365 nm,8 W m−2)下的稳定性。


综上所述,本文成功地展示了一种新的基于TAAOHs的沉淀法合成NiOx NCS作为高温超导材料的应用。通过改变TAAOHs的烷基链长(从甲基到丁基),可以顺利地调节NiOx NCS的晶体尺寸和电子性质。结果表明,在丁基的情况下,NiOx纳米碳管的晶体尺寸最小,NiOx/钙钛矿界面的能级排列最佳。研究还发现,NiOx薄膜表面Ni3+态的存在会严重影响PSCs的效率和稳定性。幸运的是,通过适当的表面钝化可以有效地缓解这一问题。因此,通过使用PTAA作为钝化剂,本文获得了令人印象深刻的接近23%的PCE,并使未封装的PSC的紫外线稳定性延长了10倍。这项研究的发现有望促进NiOx HTL在PSCs和其他光电子器件中的广泛应用。(文:SSC)


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