基于MOCVD生长的α-Ga?O?薄膜的自供电远紫外（Far-UVC）探测器在c-Al?O?基底上实现了超高性能，且无需任何相位稳定剂

《Journal of Alloys and Compounds》：Ultrahigh Performance of Self-Powered Far-UVC Detector Based on MOCVD-Grown α-Ga 2O 3 Thin Film on c-Al 2O 3 Without Any Phase Stabilizer

通过锂掺杂优化溶液法制备的NiOx薄膜作为窄带隙钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，显著提升了电荷传输效率。研究显示，锂掺杂使NiOx的价带顶（VBM）上移至-5.24 eV，与Eg=1.24 eV的钙钛矿材料更匹配，同时提高薄膜导电性。经稀释PEDOT:PSS处理后，器件光电转换效率达15.33%。

　　

You Jin Ahn|Ik Jae Park|Su Geun Ji|Min-Ah Park|Jin Young Kim

韩国首尔国立大学材料科学与工程系，首尔08826

摘要

< />_x）是一种有前景的替代空穴传输材料，适用于钙钛矿太阳能电池（PSCs），具有高稳定性、低成本、易于加工以及优异的电学和光学性能。然而，由于某些限制，NiO_x尚未在窄带隙（NBG）PSCs中得到广泛应用。在这里，我们展示了通过锂掺杂改性溶液处理的NiO_x薄膜的电学性能，以促进NiO_x/(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4界面处的电荷传输。最初不利的NiO_x价带最大值（VBM）向上移动，与窄带隙钙钛矿（E_g=1.24 eV）的对齐更好。锂掺杂不影响钙钛矿的形态或晶体学性质；然而，由于载流子浓度的增加，导电性得到改善，从而促进了界面处的电荷传输。我们发现，通过增强电荷提取，光伏性能得到了提升，20 mol%的锂掺杂被认为是最佳条件。经过稀释的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）溶液处理后，所有太阳能电池参数进一步改善，实现了15.33%的光电转换效率（PCE）。

引言

自2009年报道钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电转换效率（PCE）为3.8%，2012年为9.7% [1], [2] 以来，PSCs迅速成为最有前景的光伏技术之一，其PCE已达到27.0% [3]。钙钛矿材料在光伏领域具有多个优势，如高吸收系数、长载流子扩散长度以及在低温（<150°C）下易于制备 [4], [5], [6], [7]。其中，带隙的可调范围广泛——从1.2 eV到超过2 eV，这取决于组成——尤其显著。特别是含有Sn²⁺的钙钛矿引起了广泛关注，因为基于Pb的组成通常具有较宽的带隙，偏离了理想带隙，或者被用作串联配置中的底部子电池，与宽带隙钙钛矿顶部电池结合，以克服单结器件的理论效率限制。

对于倒置p-i-n结构的窄带隙（NBG）PSCs，包括钙钛矿-钙钛矿串联太阳能电池，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）因其优异的导电性、高空穴迁移率、高光学透射率以及在低温下的易处理性而被广泛用作空穴传输层（HTL） [8], [9], [10]。然而，它的局限性也很明显——其酸性和吸湿性会导致器件不稳定 [11], [12], [13]。

氧化镍（NiO_x）作为一种有前景的替代材料被研究，因为NiO_x具有高化学稳定性、成本效益高、易于加工以及优异的光学和电学性能 [14], [15], [16], [17], [18]。此外，通过掺杂、表面处理、温度和形状控制可以改变NiO_x的性质 [19], [20], [21], [22], [23], [24]。Bian等人报道了一种使用还原剂抗坏血酸的双面还原策略，从而化学抑制了氧化还原反应，提高了NBG PSCs的稳定性和性能 [19]。Chen等人展示了一种室温处理的NiO_x（称为L-NiO_x），用于修改薄膜的电学性能。L-NiO_x表现出更深的价带和更低的陷阱密度，从而增加了内置电位并减少了载流子复合 [23]。Chi等人引入了一种仅含甲酰胺基的NBG钙钛矿（FAPb_0.75Sn_0.25I₃），与NiO_x HTL结合使用，以提高PSCs的热稳定性。这些器件在80°C下保持了91%的初始效率，持续时间为20小时 [24]。尽管对NiO_x在NBG中的应用进行了大量研究，但大多数高性能器件仍然使用PEDOT:PSS作为HTL，这表明NiO_x在成为主流之前还需要进一步研究。

在这里，我们展示了使用溶液处理的锂掺杂NiO_x HTL的NBG PSCs，以促进界面处的电荷传输。锂掺杂后，NiO_x的价带最大值（VBM）向上移动，与(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4的对齐更好。此外，由于载流子浓度的增加，NiO_x薄膜的导电性得到了改善。光致发光光谱（PL）证实，锂掺杂的NiO_x在NiO_x/钙钛矿界面处表现出增强的电荷提取。为了进一步改善电荷提取，在Li:NiO_x层上进行了稀释的PEDOT:PSS处理，最终在20 mol%的锂浓度下实现了15.33%的PCE。

材料

所有化学品均按原样使用，未经进一步纯化。甲基铵碘化物（MAI，>99.99%）和甲酰胺基碘化物（FAI，>99.99%）购自Greatcell Solar。PbI₂（99.9985%）、SnI₂（99.999%）和SnF₂（99%）购自Alfa Aesar。四水合醋酸镍（II）（≥99.0%纯度）、二水合醋酸锂（99.999%）、Pb(SCN)₂（99.5%）、二甲基亚砜（DMSO，99.9%）、N,N-二甲甲酰胺（DMF，99.8%）、聚（乙炔亚胺）乙氧基化物（PEIE，80%乙氧基化溶液）

结果与讨论

图1a显示了不同锂浓度下溶液处理的NiO_x薄膜在ITO层上的光学透射光谱。在ITO薄膜上沉积NiO_x后，ITO薄膜的透射率略有下降，并向较长波长方向移动。300-550 nm范围内的透射率下降归因于NiO_x的吸收。随着锂浓度的增加，在短波长区域（<700 nm）透射率几乎没有变化，而在

结论

总之，我们研究了锂掺杂对溶液处理的NiO_x空穴传输层材料性能的影响，用于窄带隙（E_g=1.24 eV）钙钛矿太阳能电池。XRD图案显示，原始和锂掺杂的NiO_x薄膜都是非晶相，XPS分析证实了Li掺入NiO_x中。随着锂含量的增加，NiO_x的VBM从0 mol%锂时的-5.34 eV上升到30 mol%锂时的-5.24 eV，这有利于从钙钛矿向NiO_x薄膜传输空穴。

CRediT作者贡献声明

Min-Ah Park： 资源提供。Jin Young Kim： 监督、资金获取。Ik Jae Park： 写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学。Su Geun Ji： 资源提供。You Jin Ahn： 初稿撰写、实验研究、数据管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了韩国国家研究基金会（NRF）（由韩国政府（MSIT）资助，项目编号：No.RS-2024-00418209、No. RS-2023-00273532、No. 2022M3J1A1063226）和韩国能源技术评估与规划院（KETEP）以及韩国贸易、工业和能源部（MOTIE）的支持（项目编号：No. RS-2023-00302107）。该研究还得到了淑明女子大学研究基金的资助（项目编号：1-2303-2009）。