第一作者：Shiqi Yu, Zhuang Xiong

通讯作者：游经碧

通讯单位：中科院半导体所

研究亮点：

1.H2O2与商业NiOx NPs作用获得更均匀的高导电纳米颗粒;

2.Me-4PACz材料作为SAM层与NiOx结合改善钙钛矿埋底界面的形貌与光电性质；

3.倒置器件获得超过25.2%的认证PCE，并获得在52℃下超过1000小时>85.4%初时PCE的稳定输出。

一、NiOx倒置钙钛矿太阳能电池存在的问题与挑战

倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCE）仍然落后于传统的PSCs，部分原因是载流子输运效率低下和空穴输运层（HTLs）形貌差。最近，Me-4PACz、[2-（3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基）乙基]膦酸 （MeO-2PACz） 系列等自组装单层（SAM）已成功用于PSCs，这些单层对于提高PCE、解决稳定性问题具有显著的作用。p型NiOx作为空穴传输材料需要排列紧凑，以确保更好的SAM沉积质量，并减少界面、复合和高导电性。然而，SAM与透明导电氧化物基板（如氧化铟锡（ITO）和氟化物掺杂氧化锡（FTO）的键合作用不够强，无法在基板上形成均匀分布，从而影响了器件性能。

二、成果简介

中科院半导体所游经碧团队通过过氧化氢处理优化了[4-(3,6-二甲基- 9h -咔唑-9-基)丁基膦酸(Me-4PACz)在氧化镍(NiOx)纳米颗粒上作为HTL的自组装，这使得纳米颗粒具有更均匀的分散，并且由于形成了Ni3+和表面羟基而具有高导电性。在0.074 cm2活性面积下，获得了25.2%的认证PCE。并在在50℃的1个太阳光照下稳定输出功率运行1000小时后，PCE保持在初始值的85.4%，在85℃加速老化500小时后，PCE保持在初始值的85.1%。对于孔径面积为14.65 cm2的微型模组，获得了21.0%的PCE。

本研究J-V与EQE采用Enlitech产品进行测量。

三、结果与讨论

要点1：HTL层的合成和表征

研究发现H2O2与商业NiOx NPs（10纳米）发生作用，并改善了在水溶剂中的分散性。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）显示对照组NiOx NPs发生了聚集，典型尺寸超过10纳米（图1A）。添加H2O2后，聚集被抑制，单个颗粒尺寸也减小至约5纳米（图1B）。动态光散射（DLS）证实，经H2O2处理后，统计平均分散的NP尺寸从12减小到9纳米，且粒径分布更为狭窄（图1C）。通过与H2O2反应形成的水合NiOx可能抑制了NiOx NP的聚集，增强了分散性，并减小了NP的尺寸。调制后的NiOx薄膜致密且均匀，粗造度明显改善，因而改性后作为HTL应用于钙钛矿器件时，形态学上有望减少漏电流与复合。

图1 NiOx的表征纳米颗粒

x射线光电子能谱（XPS）的结果显示，Ni 2p谱显示在857.1、855.8和854.1 eV处有峰值，分别代表Ni4+、Ni3+和Ni2+（图1，D和E）。通常，Ni3+来源于Ni的空位，主要分布在非化学计量富含氧的NiOx的晶界中，这有助于空穴传输。正如Ni 2p谱中所示，Ni3+的比例从31.3%增加到38.3%，证明了在经过H2O2调制的样品中产生了Ni的空位。在H2O2调制的样品中，-OH的比例从29.6%减少到22.4%。相反，Ni3+-O的比例从11.2%增加到18.35%，这可能是由于在H2O2调制的NiOx薄膜中从Ni(OH)2到NiOOH的转变。NiOOH的存在不仅可以提高NiOx薄膜的导电性，而且还可以为SAM键合提供