氧化鎳是一種p型半導(dǎo)體材料，在傳統(tǒng)工業(yè)中常用作光催化劑、鎳鐵電池陰極材料等。Haoshuang Gu 和 Jingbi You 等人^[1]基于氧化鎳空穴傳輸層的反型鈣鈦礦太陽能電池研究，評(píng)述了優(yōu)化氧化鎳空穴傳輸層性能的主要研究進(jìn)展。

背景

在反型結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池器件中，電荷傳輸層質(zhì)量十分關(guān)鍵，尤其是空穴傳輸層對(duì)器件性能影響極大。在早期反型結(jié)構(gòu)PSC研究中，有機(jī)p型半導(dǎo)體材料常作為反型PSC空穴傳輸層，但其不佳的穩(wěn)定性使得PSC商業(yè)化更加困難。氧化鎳(NiOx)作為一種光、熱、化學(xué)穩(wěn)定性良好的p型寬帶隙金屬氧化物半導(dǎo)體，在反型PSC器件中表現(xiàn)出十分優(yōu)異穩(wěn)定性。然而NiOx薄膜的低電導(dǎo)、成膜質(zhì)量等問題限制了器件效率的提升。為了制備穩(wěn)定并且高效率的反型PSC，氧化鎳薄膜的沉積方法還需要改進(jìn)，其空穴抽取能力、能級(jí)結(jié)構(gòu)匹配、成膜質(zhì)量還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

成膜方法優(yōu)化

傳統(tǒng)化學(xué)沉積方法和物理氣相沉積方法制備氧化鎳薄膜具有各自優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。傳統(tǒng)化學(xué)沉積方法合成氧化鎳顆粒具有高結(jié)晶性和可以低溫沉積到襯底的優(yōu)點(diǎn)，可以與柔性器件相容。例如，氧化鎳前驅(qū)體的原位反應(yīng)成膜方法的革新：由氧化鎳前驅(qū)體溶膠法(sol-gel method)發(fā)展到引入乙酰丙酮配體的燃燒法(combustion method)，不僅降低了沉積溫度，減少了能源消耗，氧化鎳薄膜的致密性變好；同時(shí)工業(yè)上高溫裂解-噴涂法(spray-pyrolysis)也在大面積氧化鎳薄膜沉積上顯示巨大潛力。這些化學(xué)沉積方法不僅成本低，而且利于控制摻雜，為改性提供了沉積方法。物理氣相沉積方面，例如電子束沉積、磁控濺射、脈沖激光沉積等等方法在厚度和形貌能精確控制顯示了相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，并取得了性能良好的基于氧化鎳的反型PSC器件。

未來展望

對(duì)比反型器件中常用有機(jī)空穴傳輸材料PTAA，基于氧化鎳的反型器件總是顯示出相對(duì)較低的開路電壓和填充因子，這是由于溶液法制備的薄膜質(zhì)量較差，表面電荷缺陷較多。針對(duì)該問題，化學(xué)合成結(jié)晶質(zhì)量高的氧化鎳納米顆粒是一個(gè)十分重要的解決路徑，但是納米顆粒分散液(或漿料)的分散度還需要進(jìn)一步提高。在不影響鈣鈦礦在氧化鎳上成膜質(zhì)量的基礎(chǔ)上，研發(fā)新的電荷缺陷填充(trap fill)材料也是一個(gè)可行方案，這一方面還需要更多的光電表征和理論進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] Nickel oxide for inverted structure perovskite solar cells. doi:10.1016/j.jechem.2020.04.027