草酸介导重构化学浴沉积NiO以实现高开路电压宽带隙钙钛矿太阳能电池

《Solar Energy Materials and Solar Cells》：Oxalic-acid-mediated reconstruction of chemical-bath-deposited NiO for High- V OC wide-bandgap perovskite solar cells

　　

摘要

氧化镍 (NiO_x) 是反式钙钛矿太阳能电池中一种有前途的空穴传输层，然而溶液加工的 NiO_x 可能面临形貌不均匀和界面缺陷，从而限制了器件性能。在此，我们报告了一种化学调控的化学浴沉积 (CBD) 策略，该策略在前驱体生长和热转化之间引入了中间草酸 (OA) 处理步骤。在 CBD 过程中，氨-柠檬酸配位调节了 Ni²⁺ 的水解，促进了连续 Ni(OH)₂ 前驱体薄膜的形成。随后的 OA 处理重新组织了松散堆叠的纳米片状前驱体表面，这一结论得到了对比光谱和形貌分析的支持，热退火则将改性后的前驱体转化为光滑致密的 NiO 薄膜，其表面成分以 Ni²⁺ 为主，呈类 NiO 结构。所得 NiO/SAM 堆叠结构支持了更均匀的钙钛矿薄膜形成，并减少了埋界面非辐射损失，这一点通过稳态光致发光 (PL)、时间分辨光致发光 (TRPL)、深能级充放电泵浦 (DLCP) 以及器件级热光伏 (TPV) 测量得到了证实。采用优化的 OA 处理 CBD-NiO 的宽带隙反式钙钛矿太阳能电池实现了 20.04% 的冠军功率转换效率 (PCE)，开路电压为 1.313 V。这些器件还表现出提高的可重复性和运行稳定性，在指定实验室条件下经过 509 小时连续最大功率点跟踪 (MPPT) 后，仍保留了初始 PCE 的 87.0%。这些结果表明，中间前驱体调控是提高 CBD 衍生 NiO 空穴传输层及其埋界面性能的有效方法。

章节片段

结果与讨论

氢氧化镍前驱体薄膜通过化学浴沉积法沉积在 ITO 基底上，如图 1a 所示。在水浴中，氨和柠檬酸与 Ni²⁺ 物种配位并调节其水解，从而抑制本体溶液中的快速均相沉淀，有利于在基底上实现受控沉积 [[49]、[50]、[51]]。在 75°C 下，配位镍物种的缓慢水解在基底上产生了氢氧化镍前驱体。

材料

除另有说明外，所有化学品均未经进一步纯化直接使用。无水 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF, 99.8%)、无水二甲基亚砜 (DMSO, 99.9%)、无水氯苯 (CB, 99.9%) 和无水异丙醇 (IPA, 99.5%) 购自西格玛奥德里奇 (Sigma-Aldrich)。

六水合硫酸镍 (NiSO₄·6H₂O, 99.5%) 购自英诺凯 (InnoChem)。六水合硝酸镍 (Ni(NO₃)₂·6H₂O, 99%) 购自阿拉丁 (Aladdin)。柠檬酸 (99%) 购自英诺凯 (InnoChem)。尿素

CRediT 作者贡献声明

刘世杰：撰写 - 审阅与编辑、撰写 - 初稿、方法学、调查、数据整理。林子帆：验证、资源、调查。胡浩君：验证、资源、方法学、调查。刘大宇：验证、资源、方法学、调查。张培岩：验证、资源、方法学、调查。宋浩阳：验证、方法学。刘彬彬：验证、方法学。唐江：验证、监督、资源、概念构思。周莹：

利益冲突声明

作者声明以下经济利益/个人关系，可能被视为潜在利益冲突：周莹报告由国家重点研发计划提供了资金支持。周莹报告由国家自然科学基金提供了资金支持。周莹报告由湖北光学基础研究中心开放项目计划提供了资金支持。如果有其他作者，他们声明没有

致谢

本工作由国家重点研发计划(2024YFB3817304)、国家自然科学基金(编号 62474077)以及湖北光学基础研究中心开放项目计划提供资金支持。作者感谢华中科技大学光电与信息学院大型仪器设备开放共享服务平台以及华中科技大学分析测试中心在表征方面提供的支持。

刘世杰|林子帆|胡浩君|刘大宇|张培岩|宋浩阳|刘彬彬|唐江|周莹

华中科技大学 光电与信息学院 及 武汉光电国家实验室，中国 武汉