First Conventional Solution Sol–Gel-Prepared Nanoporous Materials of Nickel Oxide for Efficiency Enhancing and Stability Extending MAPbI3 Inverted Perovskite Solar Cells

介电谱 材料科学 氧化镍 化学工程 纳米孔 钙钛矿(结构) 薄膜 纳米技术 电化学 化学 冶金 电极 物理化学 工程类
作者
Abraha Tadese Gidey,Da‐Wei Kuo,Adane Desta Fenta,Chin‐Ti Chen,Chao‐Tsen Chen
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (7): 6486-6499 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c00496
摘要

With a judicious selection of the nickel complex (precursor) and stabilizer, that is, nickel formate and enthylenediamine, respectively, a conventional sol–gel method followed by a sintering process at 450 °C, nanoporous NiOx (np-NiOx) thin films have been successfully prepared. However, the alcohol solvent used in the sol–gel process is critical that only low-viscosity ones, such as methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, and iso-propanol, afford np-NiOx instead of plate/flake-like compact NiOx (cp-NiOx). Some stabilizers, such as 1,3-diaminopropane, diethylenetriamine, and N,N-dimethylethylenediamine, provide nothing but seemly amorphous NiOx fragmentary thin films, which are unsuitable for the hole-transporting material (HTM) in the inverted perovskite solar cells (PVSCs). SEM or AFM study has a clear differentiation between np-NiOx and cp-NiOx. Moreover, we have characterized that the np-NiOx thin films show a better conductivity, a higher hole mobility, a stronger perovskite photoluminescence quenching, and a superior transparency than those of cp-NiOx thin films. Using MAPbI3, inverted PVSCs were fabricated with either np-NiOx or cp-NiOx as HTM. A high power conversion efficiency approaching 20% was achieved by np-NiOx-based PVSCs, which was better than our best PVSC (17.95%) based on cp-NiOx. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) has observed a lower charge recombination resistance but a higher charge transport resistance for the cp-NiOx device comparing with those of each np-NiOx devices. Moreover, np-NiOx MAPbI3 PVSCs exhibit a less hysteresis effect and an extended lifetime in terms of shelf stability compared with those of cp-NiOx MAPbI3 PVSCs. The SEM and XRD have demonstrated the larger grain size and less gain boundary of MAPbI3 thin films on np-NiOx HTM, where MAPbI3 is in fact more hydrophobic, evident by the water contact angle.
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