Passivation of Bulk and Interface Defects in Sputtered-NiOx-Based Planar Perovskite Solar Cells: A Facile Interfacial Engineering Strategy with Alkali Metal Halide Salts

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作者
Namrata Pant,Ashish Kulkarni,Masatoshi Yanagida,Yasuhiro Shirai,Syuhei Yashiro,Masatomo Sumiya,Tsutomu Miyasaka,Kenjiro Miyano
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (5): 4530-4540 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c00032
摘要

Nickel oxide (NiO x ) (deposited by sputtering (sp)) is a promising hole transport layer (HTL) for inverted planar perovskite solar cells. However, poor CH 3 NH 3 PbI 3 crystallization, elimination of CH 3 NH 3 +, and formation of residual PbI 2 grains, induced by defects present on the surface of sp-NiO x, have limited the device efficiency. Herein, a facile approach is reported to passivate the surface defects in sp-NiO x and simultaneously induce complete perovskite crystallization (without residual PbI 2 grains) via modifying the sp-NiO x /CH 3 NH 3 PbI 3 interface with various alkali metal halide salts (AMHSs). Comprehensive film and device characterizations reveal the additional influence of AMHSs, especially cesium bromide (CsBr), on the structural, morphological, photophysical, and photovoltaic performance. It is found that incorporation of a CsBr interlayer significantly improves the perovskite crystallization, producing high-quality MAPbI 3 films with enlarged grain sizes (without any residual PbI 2 grains) contrasting without the CsBr-interlayer case. CsBr (and other AMHSs) additionally reduces the band tail states and passivates the surface defects in sp-NiO x (as revealed by X-ray photoelectron spectroscopy and photodeflection spectroscopy), thereby suppressing interfacial disorder and recombination centers and improving the overall charge collection property across the sp-NiO x /CH 3 NH 3 PbI 3 interface. This leads to improvement in the device efficiency (with active area = 1 cm 2 ) and long-term operational stability at the maximum power point under continuous illumination for 8000 s and against ambient atmosphere for ∼2200 h. On the basis of the results, a possible crystallization process is discussed which provides insights into the engineering of the sp-NiO x /CH 3 NH 3 PbI 3 interface rendering improved device performance.
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