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张明 2023-12-08

反型钙钛矿太阳能电池(PSCs)的功率转换效率(PCE)仍然落后于传统的PSCs，部分原因是载流子输运效率低和空穴输运层(HTLs)形貌差。

2023年11月23日，中国科学院半导体研究所游经碧团队在Science 在线发表题为”Homogenized NiOx nanoparticles for improved hole transport in inverted perovskite solar cells“的研究论文，该研究通过过氧化氢处理，优化了[4-(3,6-二甲基- 9h -咔唑-9-基)丁基]膦酸(Me-4PACz)在氧化镍(NiO_x)纳米颗粒上作为HTL的自组装，通过Ni³⁺的形成和表面羟基的形成，使纳米颗粒具有更均匀的分散和高导电性。

在掩膜尺寸为0.074 cm²的情况下，获得了25.2%的认证PCE。该器件在~ 50℃ 太阳光照下稳定输出功率1000小时后，PCE保持85.4%的初始值，在85℃加速老化500小时后，PCE保持85.1%的初始值。对于孔径面积为14.65 cm²的微型模块，获得了21.0%的PCE。沉积更均匀的钙钛矿层将有助于进一步提高组件器件的性能。双层HSL不仅可以用于太阳能电池，还可以用于其他光电器件，如发光二极管和光电探测器。

另外，2022年7月28日，中国科学院半导体研究所游经碧团队在Science 在线发表题为“Inactive (PbI₂)₂RbCl stabilizes perovskite films for efficient solar cells”的研究论文，该研究通过 RbCl 掺杂将 PbI₂ 转化为非活性 (PbI₂)₂RbCl 化合物，从而有效地稳定了钙钛矿相。基于该策略，该研究为 FAPbI₃（FA，甲脒）钙钛矿太阳能电池获得了 25.6% 的认证 PCE。设备在 85°C 的货架存储 1000 小时后保持其原始 PCE 值的 96%，在 85°C 下进行 500 小时热稳定性测试后保持 80%。总之，该研究提出的方法可以提高稳定性和器件效率，为钙钛矿太阳能电池的发展提供新的方向和推动。

与更高效的n-i-p结构相比，具有反型(p-i-n)结构的金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)已经获得了高达24%的功率转换效率(PCEs)，并且在光和热应力下具有更好的长期稳定性。有机材料，如2,4,6-三甲基苯基)胺(PTAA)通常用作空穴传输层(HTLs)，具有低电导率、疏水性和能级不匹配等缺点。

最近，自组装单层膜(SAMs)，如Me-4PACz，[2-(3,6-二甲氧基- 9h -卡巴唑-9-酰基)乙基]膦酸(MeO-2PACz)系列已成功用于PSCs[这些是为了提高PCE，解决稳定性问题，还是两者都有]。然而，与透明导电氧化物衬底(如氧化铟锡(ITO)和掺氟氧化锡(FTO))的SAM键合可能不够强，无法在衬底上形成均匀分布，从而避免广泛的器件性能分布。最近的一些研究结果表明，与ITO或FTO相比，p型氧化镍(NiO_x)可以与SAM层形成更强的化学键合，有助于沉积均匀的SAM，并进一步提供更好的器件性能和再现性。

NiO_x纳米颗粒的表征（图源自Science ）

高质量的p型NiO_x HTL需要紧凑，以确保更好的SAM沉积质量，减少界面和复合，并具有高导电性。 研究人员开发了一种简单的无掺杂的方法，通过添加H₂O₂溶剂来调节NiO_x纳米颗粒(NP)溶液。H₂O₂的加入改善了NiO_x NPs的分散性，避免了颗粒聚集，从而抑制了透明导电氧化物(TCO)衬底的完全覆盖。这种方法也增加了NiO_x中Ni³⁺的比例，形成了NiOOH，这是一种稳定的成分，也具有高导电性。

在调制后的NiO_x表面上均匀形成的Me-4PACz SAM通过减小接触角，有利于钙钛矿的生长和大面积钙钛矿的均匀沉积，提高了电荷提取，降低了漏电流。 结果表明，调制的NiO_x与基于SAM的双层器件的PCE效率为25.5% (Newport认证的稳定效率为25.2%)，0.1 cm²尺寸的器件在50°C的AM1.5G光照下工作1000小时和85°C的连续热应力下工作500小时后，分别保持了初始效率的85.4%和85.1%。此外，14.65 cm²的大面积装置的PCE为21%。沉积更均匀的钙钛矿层将有助于进一步提高组件器件的性能。双层HSL不仅可以用于太阳能电池，还可以用于其他光电器件，如发光二极管和光电探测器。

半导体所博士生余诗琪和博士后熊壮为该论文的共同第一作者，博士后周海涛和博士生张谦分别为论文的第三、四作者，游经碧研究员为该论文的通讯作者。该项工作得到了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金以及中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的资助。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8858

内容来源：网络

责任编辑：展源

审　　核：何发

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