Selective Control of Novel TiO2 Nanorods: Excellent Building Blocks for the Electron Transport Layer of Mesoscopic Perovskite Solar Cells

材料科学 纳米棒 介观物理学 钙钛矿(结构) 图层(电子) 钙钛矿太阳能电池 纳米技术 光电子学 电子 化学工程 工程物理 凝聚态物理 量子力学 物理 工程类
作者
You‐Jin Park,Young In Jeon,In Seok Yang,Hyunsue Choo,Woo Seok Suh,So-Yeon Ju,Hui‐Seon Kim,Jia Hong Pan,Wan In Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (7): 9447-9456 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21731
摘要

Novel TiO2 nanorods (NRs) with various lengths of 70-200 nm and uniform widths of 46-48 nm are selectively synthesized by a solvothermal reaction under a basic environment. The length of TiO2 NRs is reproducibly tuned by varying the concentration of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), while the NRs in the pure anatase phase are grown in the [001] direction, caused by the preferential binding affinity of TMAH to the TiO2 (101) facet. TiO2 NRs of various lengths are then applied to form the electron transporting layer (ETL) of mesoscopic perovskite solar cells (PSCs). We found that PSC devices with NRs exhibit superior photovoltaic (PV) performance to those with conventional 46 nm-sized TiO2 nanoparticles (NP46). Particularly, the PSC with TiO2 NRs of 110 nm length (NR110) exhibits the optimum PV conversion efficiency (PCE): the average PCE is 22.64% with a VOC of 1.137 V, a JSC of 24.60 mA·cm-2, and a FF of 80.96%, while the champion PCE is 23.18%. In addition, the PSC with NR110 (PSC-NR110) reveals significantly improved long-term stability in air with a relative humidity of 40-50%. In 1000 h, its PCE is reduced by only 9% whereas that of PSC with NP46 decreases by 25%. The PSC properties analyzed by impedance spectroscopy and J-V curve measurements under dark conditions and at various light intensities provide evidence that PSC-NR110 has fewer defects and shows significantly reduced charge recombination. We discuss the advantages of NR structures in preparing the ETL of PSC devices and also explain why the charge recombination is suppressed.
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