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摘要

近年来有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有光电转换效率高、制备工艺简单等优点而受到广泛关注. 空穴传输层(hole transport layer, HTL)的选择及其优化对器件的性能至关重要. 氧化镍(NiO _x) HTL具有化学稳定性好、空穴迁移率高、制备方法简单等特点, 在PSCs中得到了广泛应用. 本综述从NiO _xHTL在平面PSCs中的应用入手, 系统介绍了通过掺杂和表面修饰法实现对NiO _xHTL薄膜的结构和光电性能的改性, 并从能级匹配、空穴迁移率及结晶性等多个角度详细评述了NiO _x改性对PSCs光电转换效率、填充因子、开路电压、短路电流和稳定性的影响规律, 最后对于NiO _x平面PSCs的未来进行了展望.

关键词:

Abstract

In recent years, organic-inorganic hybrid perovskite solar cells (PSCs) have attracted wide attention due to their high photoelectric conversion efficiency and simple preparation process. Hole transport layer (HTL) is one of the most critical components in PSCs. As a kind of inorganic HTL material, nickel oxide (NiO _x) has been widely used in perovskite solar cells because of its excellent advantages, such as outstanding chemical stability, high carrier mobility, simple methods for its preparation, etc. In this paper, the applications of NiO _xHTL in planar PSCs are systematically summarized from the aspects of the improvment of its structure and photoelectric properties by doping and interface modification. The reasons for affecting the device performances, i.e. fill factor, open-circuit voltage, short-circuit current, photoelectric conversion efficiency, and stability are emphatically analyzed from several aspects, such as energy level matching, hole mobility and crystallinity. In addition, the future development directions of the planar PSCs are prospected.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:张晨曦,zhangchenxi@tyut.edu.cn; 郝玉英,haoyuying@tyut.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 62074108)、国家自然科学基金委员会-山西省煤基低炭联合基金(批准号: U1710115)、山西省科学技术重大专项(批准号: 20201101012)、山西省科技创新培育团队建设项目(批准号: 201805D131012-3)和山西省自然科学基金(批准号: 201901D211114)资助的课题

Authors and contacts

Corresponding author:Zhang Chen-Xi,zhangchenxi@tyut.edu.cn; Hao Yu-Ying,haoyuying@tyut.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 62074108), the Joint Foundation of National Natural Science Foundation of China and Shanxi Coal-Based Low-Carbon Nurturing Project (Grant No. U1710115), the Major Special Projects of Shanxi Province in Science and Technology, China (Grant No. 20201101012), the Platform and Base Special Project of Shanxi, China (Grant No. 201805D131012-3), and the Natural Science Foundation of Shanxi Province, China (Grant No. 201901D211114)

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施引文献

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器件结构	电压 V_oc/V	电流 J_sc/(mA·cm^–2)	填充因子FF	光电转换效率PCE/%	掺杂/方法	文献
ITO/F2HCNQ:NiO_x/PMMA/CsMAFA/PCBM/BCP/Ag	1.14	23.44	0.83	22.13	F2HCNQ:NiO_xspin-coating	[17]
ITO/F6TCNNQ:NiO_x/CsFAMA/ PCBM/ZrAcac/Ag	1.12	23.18	0.80	20.86	F6TCNNQ/Spin coating	[41]
ITO/Cu:NiO_x/CH₃NH₃PbI₃/C₆₀/BCP/Ag	1.12	22.28	0.81	20.26	Cu:NiO_xNPs/Spin coating	[42]
ITO/Li:Co NiO_x/MA_1yFA_yPbI_3xCl_x/ PCBM/BCP/Ag	1.09	23.80	0.78	20.10	Li:Co/Spin-coating	[40]
ITO/Sr:NiO_x/CH₃NH₃PbI₃/C₆₀/BCP/Ag	1.14	22.66	0.76	19.49	Sr:NiO/Spin-coating	[38]
ITO/NiO_x:AGQDs/CsFAMA/PCBM/BCP/Ag	1.05	22.30	0.83	19.40	NiO_x:AGQDs/Spin-coating	[43]
FTO/Cs:NiO_x/MAPbI₃/PCBM/ZrAcac/Ag	1.12	21.77	0.79	19.35	Cs/Spin coating sol	[37]
ITO/NiMgO/CH₃NH₃PbI₃/PCBM/ZnMgO/Al	1.08	21.30	0.80	18.50	Mg/Sputtering	[44]
FTO/NIR-Co:NiO_x/MAPbI₃/PC₆₁BM/PEI/Ag	1.09	20.46	0.80	17.77	Co/Spin-coating	[35]
FTO/NiMgLiO/MAPbI₃/PCBM/Ti(Nb)O_x/Ag	1.07	20.21	0.75	16.20	Li-Mg/Spray pyrolysis	[45]

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器件结构	电压 V_oc/V	电流 J_sc/(mA·cm^–2)	填充因子FF	光电转换效率PCE/%	改性/方法	文献
ITO/NiO_x/KCl/CsFAMA/PCBM/ZrAcac/Ag	1.15	22.89	0.80	20.96	KCl or NaCl/ Spin-coating	[51]
ITO/NiO_x/PFN-P2/CsFAMA/C₆₀/BCP/Ag	1.13	23.33	0.78	20.50	PFN-P2	[53]
FTO/NiO_x/SDBS/CH₃NH₃PbI₃/ PCBM/BCP/Ag	1.12	22.94	0.78	20.15	SDBS/Spin-coating	[54]
ITO/NiO_x/NH₄F/CH₃NH₃PbI₃/C₆₀/BCP/Ag	1.09	22.45	0.77	18.94	NH₄F/Spin-coating	[50]
ITO/NiO_x/TPI-6MEO/MAPbI₃/ PCBM/BCP/Ag	0.98	23.31	0.81	18.42	TPI-6MEO/ Spin-coating	[49]
ITO/NiO_x/SAM/Perovskite/ PCBM/Bis-C₆₀/Ag	1.11	21.70	0.76	18.40	Benzoic acid modification	[55]
ITO/NiO_x/FDA/CH₃NH₃PbI₃/PCBM/AgAl	1.04	22.55	0.76	17.87	FDA modification	[48]
FTO/NiO_x/PTAA/FA_1–xMA_xPb (I_3–yBr_y)/PCBM/Au	1.06	21.54	0.75	17.10	PTAA/Sol–gel	[56]

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