Ion-Beam Sputtering of NiOx Hole Transporting Layers for p–i–n Halide Perovskite Solar Cells

材料科学 溅射 光电子学 非阻塞I/O 离子束 退火(玻璃) 薄膜 薄脆饼 离子束沉积 能量转换效率 氧化镍 钙钛矿太阳能电池 氧化物 纳米技术 离子 冶金 化学 生物化学 有机化学 催化作用
作者
Pavel Gostishchev,Lev Luchnikov,Oleg Bronnikov,Vladislav Kurichenko,Dmitry S. Muratov,Alexey E. Aleksandrov,Eugene S. Statnik,Alexander M. Korsunsky,A. R. Tameev,Maria P. Tiukhova,Thai Son Le,Ilia V. Badurin,Maria V. Ryabtseva,D. Saranin,Aldo Di Carlo
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (3): 919-930 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c01967
摘要

Ion-beam sputtering offers significant benefits in terms of deposition uniformity and pinhole-free thin films without limiting the scalability of the process. In this work, the reactive ion-beam sputtering of nickel oxide has been developed for the hole transporting layer of p–i–n perovskite solar cells (PSCs). The process is carried out by the oxidation of the scattered Ni particles with additional post-treatment annealing regimes. Using a deposition rate of 1.2 nm/min allowed the growth of a very uniform NiOx coating with the roughness below 0.5 nm on polished Si wafer (15 × 15 cm2). We performed a complex investigation of structural, optical, surface, and electrical properties of the NiOx thin films. The post-treatment annealing (150–300 °C) was considered an essential process for the improvement of optical transparency, decrease of defect concentration, and gain of charge carrier mobility. As a result, the annealed ion-beam-sputtered NiOx films delivered a power conversion efficiency (PCE) up to 20.14%, while the device without post-treatment reached the value of 11.84%. The improvement of the output performance originated from an increase of the short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), shunt, and contact properties in the devices. We also demonstrate that the ion-beam sputtering of NiOx can be successfully implemented for the fabrication of large area modules (54.5 cm2) and PSCs on a flexible plastic substrate (125 μm).
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