Non-Aqueous One-Pot SnO2 Nanoparticle Inks and Their Use in Printable Perovskite Solar Cells

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作者
T. A. Nirmal Peiris,Hasitha C. Weerasinghe,Manoj Sharma,Jueng‐Eun Kim,Monika Michalska,Naresh Chandrasekaran,Dimuthu C. Senevirathna,Hanchen Li,Anthony S. R. Chesman,Doojin Vak,Jacek J. Jasieniak
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (12): 5535-5545 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c00578
摘要

Metal halide perovskite materials are promising candidates for printable solar cells due to their feasibility for achieving high device efficiency at a low processing temperature. One of the key challenges in printed perovskite solar cell (PSC) research is to develop low-temperature-processable charge-transporting layers for both electron and hole-transporting materials, which can be used within large-scale roll-to-roll (R2R) printing techniques. Colloidal links allow for facile deposition, provided that the size of the nanoparticles (NPs) is controlled to less than a few tens of nanometres (ideally < 20 nm); they can be deposited as uniform films and can be processed at low temperatures (typically < 140 °C). Here, we report a facile and scalable route for the synthesis of SnO2 NP dispersions using a microwave-assisted "benzyl alcohol" approach that is compatible with all of these R2R printing requirements. The method enables crystalline SnO2 NPs to be synthesized with a controlled average particle size (∼6.5 nm) and be used directly as an ink without any post-synthesis purification (i.e., one-pot synthesis). The use of these SnO2 NPs has been explored as an electron transport layer (ETL) within planar PSCs using spin-coating and thermal processing at 140 °C for 2 min, yielding devices with over 18% photo-conversion efficiency. Comparable devices were also fabricated using slot die-coated SnO2 on glass substrates and R2R-coated SnO2 on plastic substrates, yielding efficiencies of 15.3 and 10.4%, respectively. Our results demonstrate the suitability of the developed SnO2 ink to be used for the deposition of ETLs in optoelectronic devices by industrial-scale R2R printing processes.
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