Overcoming Redox Reactions at Perovskite-Nickel Oxide Interfaces to Boost Voltages in Perovskite Solar Cells

钙钛矿(结构) 氧化还原 氧化镍 氧化物 材料科学 无机化学 碘化物 能量转换效率 氧化剂 金属 化学工程 化学 冶金 光电子学 有机化学 工程类
作者
Caleb C. Boyd,R. Clayton Shallcross,Taylor Moot,Ross A. Kerner,Luca Bertoluzzi,Arthur Onno,Shalinee Kavadiya,Cullen Chosy,Eli J. Wolf,Jérémie Werner,James A. Raiford,Camila de Paula,Axel F. Palmstrom,Zhengshan J. Yu,Joseph J. Berry,Stacey F. Bent,Zachary C. Holman,Joseph M. Luther,Erin L. Ratcliff,Neal R. Armstrong,Michael D. McGehee
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:4 (8): 1759-1775 被引量:325
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.06.004
摘要

Nickel oxide (NiOx) hole transport layers (HTLs) are desirable contacts for perovskite photovoltaics because they are low cost, stable, and readily scalable; however, they deliver lower open-circuit voltages (VOCs) compared to organic HTLs. Here, we characterize and mitigate electron transfer-proton transfer reactions between NiOx HTLs and perovskite precursors. Using XPS and UPS characterization, we identify that Ni≥3+ metal cation sites in NiOx thin films act both as Brønsted proton acceptors and Lewis electron acceptors, deprotonating cationic amines and oxidizing iodide species, forming PbI2−xBrx-rich hole extraction barriers at the perovskite-NiOx interface. Titrating reactive Ni≥3+ surface states with excess A-site cation salts during perovskite active layer deposition yielded an increase in VOC values to 1.15 V and power conversion efficiencies of ∼20%. This may be a general finding for metal oxide contacts that act as Brønsted and Lewis acid-base reactants toward perovskite precursors, an observation that has also been made recently for TiO2 and SnO2 contacts.
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