Work-Function-Tunable Electron Transport Layer of Molecule-Capped Metal Oxide for a High-Efficiency and Stable p–i–n Perovskite Solar Cell

材料科学 工作职能 钙钛矿(结构) 分子 氧化物 化学工程 太阳能电池 金属 电子 电子传输链 图层(电子) 钙钛矿太阳能电池 纳米技术 无机化学 光电子学 有机化学 冶金 化学 植物 工程类 物理 生物 量子力学
作者
Pei‐Huan Lee,Ting-Tzu Wu,Kuo-Yu Tian,Chia‐Feng Li,Cheng‐Hung Hou,Jing‐Jong Shyue,Chun‐Fu Lu,Yu‐Ching Huang,Wei‐Fang Su
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (41): 45936-45949 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.0c10717
摘要

The composite electron transporting layer (ETL) of metal oxide with [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) prevents perovskite from metal electrode erosion and increases p-i-n perovskite solar cell (PVSC) stability. Although the oxide exhibits protective function, an additional work function modifier is still needed for good device performance. Usually, complicated multistep synthesis is employed to have a highly crystalline film that increases manufacturing cost and inhibits scalability. We report a facile synthesis of a novel organic-molecule-capped metal oxide nanoparticle film for the composite ETL. The nanoparticle film not only has a dual function of electron transport and protection but also exhibits work function tunability. Solvothermal-prepared SnO2 nanoparticles are capped with tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) through ligand exchange. The resulting TBAOH-SnO2 nanoparticles disperse well in ethanol and form a uniform film on PCBM. The power conversion efficiency of the device dramatically increases from 14.91 to 18.77% using this layer because of reduced charge accumulation and aligned band structure. The PVSC thermal stability is significantly enhanced by adopting this layer, which prevents migration of I- and Ag. The ligand exchange method extends to other metal oxides, such as TiO2, ITO, and CeO2, demonstrating its broad applicability. These results provide a cornerstone for large-scale manufacture of high-performance and stable PVSCs.

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