南昌大学陈义旺教授团队：可印刷的油性氧化镍空穴传输层使具有高度热稳定性的高效n-i-p钙钛矿太阳电池成为可能

目前，高效的n-i-p钙钛矿太阳电池依赖于有机界面层来实现高效率，特别是Spiro-OMeTAD，但有机材料在光热场中的不稳定性影响了器件的稳定性。在本研究中，南昌大学陈义旺教授团队采用油酸/油胺封端方法来实现氧化镍纳米颗粒的均匀分散，有效减轻了高浓度和二次运动吸附引起的混凝。此外，F4TCNQ的加入增强了空穴传输层的电导率及优化了与钙钛矿层的能级取向，导致开路电压和填充因子的显著提高，在0.1 cm²和1.01 cm²上的效率分别达到25.17%和24.36%。此外，通过实现全无机界面层，即使在85℃下加热2800小时，初始效率也保持在90%以上。

钙钛矿太阳电池（PSCs）作为最有前途的新兴光伏器件受到了广泛关注，主要是因为其卓越的功率转换效率（PCE>26%）和基于解决方案的成本效益制造方法。与p-i-n结构相比，以n-i-p结构为特征的普通PSC具有器件结构简单、低温加工和成本效益等优点，目前正处于积极研究阶段。然而，基于NiO_X的PSCs仍然面临着诸如NiO_X纳米颗粒的团聚，空穴传输层（HTLs）的形态不完善以及载流子传输效率低等挑战，这些都严重阻碍了其大规模生产。另外，在这些器件中实现高PCE通常需要加入额外的层，如还原氧化石墨烯或共轭有机HTLs。这种方法的主要限制在于如何在钙钛矿层上制造致密且均匀的HTL层，而无需重新分选高温退火和极性溶剂，因为这可能损害钙钛矿层的结构完整性。

最近，陈义旺/胡笑添/范宝锦团队等人采用油酸/油胺封端方法来实现氧化镍纳米颗粒的均匀分散，有效减轻了高浓度和二次运动吸附引起的混凝。此外，F4TCNQ的加入增强了空穴传输层的电导率及其与钙钛矿的能级取向，导致开路电压和填充因子的显著提高，在0.1 cm²和1.01 cm²上的效率分别达到25.17%和24.36%。此外，通过实现全无机界面层，即使在85℃下加热2800小时，初始效率也保持在90%以上。

该工作报告了一种分散NiO_X溶液的新方法，称为Oil-NiO_X。该溶剂利用油酸作为末端剂，有效地去除NiO_X纳米粒子上的OH^-基团，同时引入带有长烷基链的油胺锚定在NiO_X纳米粒子表面。这两种化合物具有相似的长烷基链，从而协同促进NiO_X纳米粒子的空间平衡和均匀分散。

图1.抑制NiO_X的聚集：(a)抑制NiO_X聚集的机理；(b) Oil-NiO_X油墨的动态光散射实验

论文第一作者为南昌大学化学化工学院博士研究生徐亚洲，共同第一作者为南昌大学化学化工学院硕士研究生褚昭阳。通讯作者为南昌大学化学化工学院陈义旺教授、胡笑添教授和江西师范大学范宝锦博士。详见：Yazhou Xu , Zhaoyang Chu, Hongyu Wang, Zhi Xing, Baojin Fan* & Xiaotian Hu* & Yiwang Chen*. Printable oil-NiO_X Hole transport layer enables efficient n-i-p perovskite solar cells with a high thermal stability. Sci. China Chem., 2024, doi: 10.1007/s11426-024-1983-1.

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【通讯作者简介】

范宝锦，目前在江西师范大学化学化工学院从事博士后研究工作，主要围绕大面积钙钛矿模组的均质化印刷及缺陷调控研究开展工作。在Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI论文11篇，其中第一作者（含共一）6篇，共同通讯作者1篇，其余共同作者7篇。获南昌大学2023届博士创新奖和2023届优秀博士论文。

胡笑添，南昌大学教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。主持包括国家自然科学基金优秀青年基金/面上项目/青年基金、中央军委装发部预研项目等项目13项。目前已发表SCI学术论文100余篇,其中以第一/通讯作者在Nat. Commun.、Joule、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际权威期刊发表论文40余篇，H因子38，引用6000余次，授权发明专利6项。

陈义旺，南昌大学和江西师范大学教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，入选国家“万人计划”科技创新领军人才，国家百千万人才工程。主持和完成国家自然科学基金重点项目/中德国际合作项目等、科技部973前期研究专项等项目。以第一作者或通讯作者在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际期刊发表学术论文400余篇。

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