Highly crystalline colloidal nickel oxide hole transport layer for low-temperature processable perovskite solar cell - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Highly crystalline colloidal nickel oxide hole transport layer for low-temperature processable perovskite solar cell

Abstrakt

Highly crystalline NiOX usually requires high annealing temperature (>300 °C) which is incompatible with flexible substrate and might consume high amount of energy. Herein, we demonstrate a facile emulsion process to synthesize highly crystalline, low temperature deposition (<150 °C) and solution processable NiOx nanoparticles (NPs) as a hole transport layer for the perovskite solar cells (PVSCs). A novel surfactant of tetramethylammonium hydroxide (TMAOH) was used to react with Ni(NO3)2 to form Ni(OH)2 nanoparticles (NPs). The micelles of TMAOH act as a nano-reactor containing OH anion. The Ni+ cation enters into the nano-reactor to form Ni(OH)2 NPs inside the reactor with controlled particle size. The Ni(OH)2 NPs prepared by emulsion process are further calcined to form NiOX NPs with the particle size of 8.28 ± 2.64 nm (EP-NiOX). The smaller size of EP-NiOX NPs results in a good dispersibility and an excellent stability of NPs suspension, which can be used to fabricate uniform NiOX film without any aggregates. A power conversion efficiency (PCE) of 18.85% can be achieved using this EP-NiOX film, as compared with 16.68% using the NiOX NPs synthesized from the chemical precipitation method (CPM-NiOX). Moreover, a flexible PVSCs with a PCE of 14.28% can be fabricated using the EP-NiOX film. Except for the device performance, the quality of the EP-NiOX film shows a good batch-to-batch uniformity, resulting in an excellent reproducibility of PVSCs. This work has a potential for the development of a large-scale production of PVSCs with a high energy conservation.

Cytowania

Autorzy (11)

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 192 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Copyright

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
Publikacja w czasopiśmie
Opublikowano w:
CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL nr 412, wydanie 15 May 2021,
ISSN: 1385-8947
Rok wydania:
2021
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128746
Bibliografia: test
  1. M. Kim, G.-H. Kim, T.K. Lee, I.W. Choi, H.W. Choi, Y. Jo, Y.J. Yoon, J.W. Kim, J. Lee, D. Huh, H. Lee, S.K. Kwak, J.Y. Kim, D.S. Kim, Methylammonium Chloride Induces Intermediate Phase Stabilization for Efficient Perovskite Solar Cells, Joule 3 (9) (2019) 2179-2192, https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.06.014. otwiera się w nowej karcie
  2. Q.i. Jiang, Y. Zhao, X. Zhang, X. Yang, Y. Chen, Z. Chu, Q. Ye, X. Li, Z. Yin, J. You, Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells, Nat. Photonics 13 (7) (2019) 460-466, https://doi.org/10.1038/s41566-019-0398-2. otwiera się w nowej karcie
  3. M. Saliba, J.-P. Correa-Baena, C. M. Wolff, M. Stolterfoht, N. Phung, S. Albrecht, D. Neher, A. Abate, How to make over 20% efficient perovskite solar cells in regular (n-i-p) and inverted (p-i-n) architectures, Chem. Mater. 30 (2018) 4193-4201. otwiera się w nowej karcie
  4. X. Zheng, Y.i. Hou, C. Bao, J. Yin, F. Yuan, Z. Huang, K. Song, J. Liu, J. Troughton, N. Gasparini, C. Zhou, Y. Lin, D.-J. Xue, B. Chen, A.K. Johnston, N. Wei, M. N. Hedhili, M. Wei, A.Y. Alsalloum, P. Maity, B. Turedi, C. Yang, D. Baran, T. otwiera się w nowej karcie
  5. D. Anthopoulos, Y.u. Han, Z.-H. Lu, O.F. Mohammed, F. Gao, E.H. Sargent, O.
  6. M. Bakr, Managing grains and interfaces via ligand anchoring enables 22.3%- efficiency inverted perovskite solar cells, Nat Energy 5 (2) (2020) 131-140, https://doi.org/10.1038/s41560-019-0538-4. otwiera się w nowej karcie
  7. C. Chen, C. Wu, X. Ding, Y. Tian, M. Zheng, M. Cheng, H. Xu, Z. Jin, L. Ding, Constructing binary electron transport layer with cascade energy level alignment for efficient CsPbI2Br solar cells, Nano Energy 71 (2020), 104604. otwiera się w nowej karcie
  8. M. Cheng, C. Zuo, Y. Wu, Z. Li, B. Xu, Y. Hua, L. Ding, Charge-transport layer engineering in perovskite solar cells, Science Bulletin 65 (2020) 1237-1241. otwiera się w nowej karcie
  9. X. Ding, C. Chen, L. Tao, C. Wu, M. Zheng, H. Lu, H. Xu, H. Li, M. Cheng, Dopant- free methoxy substituted copper(II) phthalocyanine for highly efficient and stable perovskite solar cells, Chem. Eng. J. 387 (2020), 124130. otwiera się w nowej karcie
  10. G. Sathiyan, A.A. Syed, C. Chen, C. Wu, L. Tao, X. Ding, Y. Miao, G. Li, M. Cheng, L. Ding, Dual effective dopant based hole transport layer for stable and efficient perovskite solar cells, Nano Energy 72 (2020), 104673. otwiera się w nowej karcie
  11. H. Elbohy, B. Bahrami, S. Mabrouk, K. M. Reza, A. Gurung, R. Pathak, M. Liang, Q. Qiao, K. Zhu Tuning hole transport layer using urea for high-performance perovskite solar cells, Adv. Funct. Mater. 29 (2018) 1806740. otwiera się w nowej karcie
  12. K. Jiang, F. Wu, G. Zhang, P.C.Y. Chow, C. Ma, S. Li, K.S. Wong, L. Zhu, H. Yan, Inverted planar perovskite solar cells based on CsI-doped PEDOT:PSS with efficiency beyond 20% and small energy loss, J. Mater. Chem. A. 7 (2019) 21662-21667. otwiera się w nowej karcie
  13. S. Yang, S. Chen, E. Mosconi, Y. Fang, X. Xiao, C. Wang, Y. Zhou, Z. Yu, J. Zhao, Y. Gao, F. De Angelis, J. Huang, Stabilizing halide perovskite surfaces for solar cell operation with wide-bandgap lead oxysalts, Science 365 (2019) 473. otwiera się w nowej karcie
  14. H. Wang, Z. Yu, J. Lai, X. Song, X. Yang, A. Hagfeldt, L. Sun, One plus one greater than two: high-performance inverted planar perovskite solar cells based on a composite CuI/CuSCN hole-transporting layer, J. Mater. Chem. A. 6 (2018) 21435- 21444. otwiera się w nowej karcie
  15. C. Zuo, L. Ding, Solution-processed Cu2O and CuO as hole transport materials for efficient perovskite solar cells, Small 11 (2015) 5528-5532. otwiera się w nowej karcie
  16. P.-H. Lee, B.-T. Li, C.-F. Lee, Z.-H. Huang, Y.-C. Huang, W.-F. Su, High-efficiency perovskite solar cell using cobalt doped nickel oxide hole transport layer fabricated by NIR process, Sol. Energy Mater Sol. Cells. 208 (2020), 110352. otwiera się w nowej karcie
  17. X. Yin, J. Zhai, P. Du, N. Li, L. Song, J. Xiong, F. Ko, 3 D NiO Nanowall Hole- Transporting Layer for the Passivation of Interfacial Contact in Inverted Perovskite Solar Cells, ChemSusChem 13 (5) (2020) 1006-1012, https://doi.org/10.1002/ cssc.201903025. otwiera się w nowej karcie
  18. J. Y. Jeng, K. C. Chen, T. Y. Chiang, P. Y. Lin, T. D. Tsai, Y. C. Chang, T. F. Guo, P. Chen, T. C. Wen, Y. J. Hsu, Nickel oxide electrode interlayer in CH3NH3PbI3 perovskite/PCBM planar-heterojunction hybrid solar cells, Adv. Mater. 26 (2014) 4107-4113. otwiera się w nowej karcie
  19. Z. Liu, J. Chang, Z. Lin, L. Zhou, Z. Yang, D. Chen, C. Zhang, S.F. Liu, Y. Hao, High- performance planar perovskite solar cells using low temperature, solution-combustion-based nickel oxide hole transporting layer with efficiency exceeding 20%, Adv. Energy Mater. 8 (2018) 1703432. otwiera się w nowej karcie
  20. X. Yin, Y. Guo, H. Xie, W. Que, L.B. Kong, Nickel oxide as efficient hole transport materials for perovskite solar cells, Solar RRL. 3 (2019) 1900001. otwiera się w nowej karcie
  21. X. Zheng, Z. Song, Z. Chen, S. S. Bista, P. Gui, N. Shrestha, C. Chen, C. Li, X. Yin, R. A. Awni, H. Lei, C. Tao, R. J. Ellingson, Y. Yan, G. Fang, Interface modification of sputtered NiOx as the hole-transporting layer for efficient inverted planar perovskite solar cells, J. Mater. Chem. C. 8 (2020) 1972-1980. otwiera się w nowej karcie
  22. J. Cui, F. Meng, H. Zhang, K. Cao, H. Yuan, Y. Cheng, F. Huang, M. Wang, CH3NH3PbI3-based planar solar cells with magnetron-sputtered nickel oxide, ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (2014) 22862-22870. otwiera się w nowej karcie
  23. G. Li, Y. Jiang, S. Deng, A. Tam, P. Xu, M. Wong, H.S. Kwok, Overcoming the limitations of sputtered nickel oxide for high-efficiency and large-area perovskite solar cells, Adv. Sci. 4 (2017) 1700463. otwiera się w nowej karcie
  24. S. Seo, I. J. Park, M. Kim, S. Lee, C. Bae, H. S. Jung, N. G. Park, J. Y. Kim, H. Shin, An ultra-thin, un-doped NiO hole transporting layer of highly efficient (16.4%) organic-inorganic hybrid perovskite solar cells, Nanoscale 8 (2016) 11403-11412. otwiera się w nowej karcie
  25. X. Yin, M. Que, Y. Xing, W. Que, High efficiency hysteresis-less inverted planar heterojunction perovskite solar cells with a solution-derived NiOx hole contact layer, J. Mater. Chem. A. 3 (2015) 24495-24503. otwiera się w nowej karcie
  26. L.J. Tang, X. Chen, T.Y. Wen, S. Yang, J.J. Zhao, H.W. Qiao, Y. Hou, H.G. Yang, A Solution-Processed Transparent NiO Hole-Extraction Layer for High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells, Chem. Eur. J. 24 (12) (2018) 2845-2849, https:// doi.org/10.1002/chem.201705658. otwiera się w nowej karcie
  27. X. Liang, Q. Yi, S. Bai, X. Dai, X. Wang, Z. Ye, F. Gao, F. Zhang, B. Sun, Y. Jin, Synthesis of Unstable Colloidal Inorganic Nanocrystals through the Introduction of a Protecting Ligand, Nano Lett. 14 (6) (2014) 3117-3123, https://doi.org/ 10.1021/nl501763z. otwiera się w nowej karcie
  28. Z. Liu, A. Zhu, F. Cai, L. Tao, Y. Zhou, Z. Zhao, Q. Chen, Y.-B. Cheng, H. Zhou, Nickel oxide nanoparticles for efficient hole transport in p-i-n and n-i-p perovskite solar cells, J. Mater. Chem. A 5 (14) (2017) 6597-6605, https://doi.org/10.1039/ C7TA01593C. otwiera się w nowej karcie
  29. X. Yin, P. Chen, M. Que, Y. Xing, W. Que, C. Niu, J. Shao, Highly efficient flexible perovskite solar cells using solution-derived NiOx hole contacts, ACS Nano. 10 (2016) 3630-3636. otwiera się w nowej karcie
  30. H. Zhang, J. Cheng, F. Lin, H. He, J. Mao, K. S. Wong, A. K. Jen, W. C. Choy, Pinhole-free and surface-nanostructured NiOx film by room-temperature solution process for high-performance flexible perovskite solar cells with good stability and reproducibility, ACS Nano. 10 (2016) 1503-1511. otwiera się w nowej karcie
  31. L. Bronstein, M. Antonietti, P. Valetsky, in: Nanoparticles and Nanostructured Films, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 1998, pp. 145-171, https:// doi.org/10.1002/9783527612079.ch07. otwiera się w nowej karcie
  32. M.-H. Jao, C.-C. Cheng, C.-F. Lu, K.-C. Hsiao, W.-F. Su, Low temperature and rapid formation of high quality metal oxide thin film via a hydroxide-assisted energy conservation strategy, J. Mater. Chem. C. 6 (2018) 9941-9949. otwiera się w nowej karcie
  33. F. Matter, A.L. Luna, M. Niederberger, From colloidal dispersions to aerogels: How to master nanoparticle gelation, Nano Today 30 (2020), 100827. otwiera się w nowej karcie
  34. Y.-C. Huang, F.-H. Hsu, H.-C. Cha, C.-M. Chuang, C.-S. Tsao, C.-Y. Chen, High- performance ITO-free spray-processed polymer solar cells with incorporating ink- jet printed grid, Organic Electronics 14 (11) (2013) 2809-2817, https://doi.org/ 10.1016/j.orgel.2013.08.001. otwiera się w nowej karcie
  35. D. Głowienka, D. Zhang, F. Di Giacomo, M. Najafi, S. Veenstra, J. Szmytkowski, Y. Galagan, Role of surface recombination in perovskite solar cells at the interface of HTL/CH 3 NH 3 PbI 3 , Nano Energy. 67 (2020), 104186. otwiera się w nowej karcie
Weryfikacja:
Brak weryfikacji

wyświetlono 372 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi