暨南大学麦耀华&香港科大章勇：单片钙钛矿叠层器件中NiOx/钙钛矿异质界面的先进钝化策略

来源：钙钛矿太阳能电池之基石搭建发布时间：2025-09-16 14:14:46

通讯作者：暨南大学麦耀华/Yousheng Wang&香港科技大学章勇

图1. NiOx的电子结构。(a) NiOx晶体结构，(b) NiOx能级分裂示意图。(c) NiOx电子能带结构。(d) NiOx投影态密度（DOS）。

图2. NiOx结构缺陷及NiOx/钙钛矿异质结接触界面问题示意图。

图3. NiOx/钙钛矿异质界面钝化策略示意图。(a) NiOx空位钝化，(b) NiOx表面钝化，(c) 钙钛矿埋底界面钝化及(d) 异质结接触界面钝化。

图4. 掺杂NiOx增强的光电特性。(a-b) FTO/Li:NiOx、FTO/Li:NiOx/NiOx和FTO/Li:NiOx/NiOx/PTAA的费米能级（EF）UPS谱（a）及相应截止区（Ecut-off）谱（b）。(c) 基于NiOx的反式PSCs能级图及(d) 相应器件性能。(e) 采用NiMgLiO掺杂空穴传输层的太阳能电池结构示意图；(f) 通过扫描探针显微镜接触电流模式对比NiO（左）与NiMgLiO（右）薄膜的电导率。

图5. NiOx薄膜表面工程机理示意图。(a) MeO-4PADBC分子结构与侧视图及其在NiOx纳米颗粒表面锚定的示意图；(b) MeO-4PADBC与ITO及NiOx纳米颗粒结合能的DFT计算结果。(c) F6TCNNQ吸附于NiOx(100)表面的弛豫模型；(d) F6TCNNQ在NiOx层上的电子密度差分图。(e) 有效界面层稳定界面的示意图；(f) 空穴接触基底的紫外透射率；(g) PTAA/Al₂O₃对NiOx空位与表面缺陷的钝化作用。(h) 带封装层逐层PSM结构的截面示意图；(i) 小型组件的野外测试照片。

图6. 基于镍前驱体沉积的PTSCs技术。(a) 含NiOx纳米结构的能带对齐示意图；(b) 钙钛矿/有机叠层电池的截面SEM图像。(c) 基于溶液法NiOx纳米结构分子混合结构的柔性叠层太阳能电池配置示意图；(d) 柔性叠层电池的J-V曲线；(e) 桥联分子中磷酰基对钙钛矿与NiOx典型缺陷钝化效应的模拟结果。

图8. 用于钙钛矿/硅叠层电池的ALD-NiOx及其钝化机制。(a) 绒面钙钛矿/硅叠层电池器件结构；(b) 基于SAM与ALD Cu:NiOx/SM的器件效率统计分布（有效面积分别为1 cm²与8.89 cm²）；(c) 叠层电池的J-V曲线（有效面积1 cm²）。(d) Me-4PACz在钙钛矿表面（上）与NiOx表面（下）的吸附构型；(e) 钙钛矿及经Me-4PACz钝化后钙钛矿的态密度；(f) VPb缺陷及经Me-4PACz钝化的钙钛矿表面。

图9. 用于钙钛矿/硅叠层电池的NiOx/MeO-2PACz混合互连层。(a) NiOx/MeO-2PACz混合互连层在钙钛矿/硅叠层电池中的作用；(b) Si/ITO/MeO-2PACz和(c) Si/ITO/NiOx/MeO-2PACz薄膜的导电原子力显微镜（C-AFM）图像；(d) 基于NiOx、MeO-2PACz及NiOx/MeO-2PACz互连层的叠层电池性能对比。(e) ITO与NiOx表面2PACz的P 2p轨道XPS谱；(f) 2PACz在ITO（左）与NiOx（右）表面吸附的DFT计算；(g) 基于NiOx/2PACz的冠军叠层器件J-V性能。(h) 柔性叠层器件结构示意图与(i) 实物照片；(j) 冠军柔性叠层器件的J-V性能曲线。

图10. 钙钛矿/硅叠层电池中NiOx/钙钛矿异质界面的新型分子钝化策略。(a) N719分子与NiOx及钙钛矿的化学相互作用及其电荷再分布特性；(b) 含/不含N719分子的能带对齐示意图；(c) 基于NiOx/N719复合结的绒面 monolithic 钙钛矿/硅叠层电池结构示意图；(d) 相应器件性能。

图11. 全钙钛矿叠层电池中NiOx/钙钛矿异质界面的聚合物钝化策略。(a) 可规模化技术制备的叠层太阳能电池结构示意图；(b) 冠军叠层电池的J-V曲线。(c) PL光谱与(d) NiOx及NiOx/VNPB上宽禁带钙钛矿薄膜的TRPL衰减曲线；(e) TPV衰减及(f) 基于NiOx与NiOx/VNPB作为空穴传输层的宽禁带钙钛矿太阳能电池的空穴单载流子器件SCLC法电流密度性能。(g-h) VNPB/钙钛矿界面的DFT计算：(g) VNPB与钙钛矿晶面的作用模型；(h) 电荷密度分布计算。

图12. 钙钛矿/CIGS及钙钛矿/有机叠层电池中NiOx/钙钛矿异质界面的钝化策略。(a) 钙钛矿/CIGS叠层电池结构示意图、截面图及Ni元素EDX mapping图像；(b) 基于不同空穴传输层的monolithic钙钛矿/CIGSe叠层太阳能电池J-V特性曲线。(c) BPA钝化NiOx表面缺陷的机理示意图；(d) 沉积于NiOx及NiOx/BPA薄膜的钙钛矿薄膜TRPL光谱；(e) 钙钛矿/有机冠军叠层电池J-V曲线；(f) 相应器件在单太阳光照下的稳定性表现。

图13. 三结钙钛矿叠层电池中NiOx/钙钛矿异质界面的钝化策略。(a) 钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池结构示意图及对应截面SEM图像；(b) monolithic钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池的认证J-V曲线。(c) 由前子电池（1.99 eV）、中子电池（1.60 eV）与后子电池（1.22 eV）互联的叠层电池结构；(d) PTAA与NiOx纳米晶作用机制示意图。(e) 钙钛矿/钙钛矿/钙钛矿三结叠层电池结构示意图及对应截面SEM图像；(f) 钙钛矿/钙钛矿/有机三结叠层电池结构示意图及对应截面SEM图像；(g) J-V曲线与光伏参数；(h) 钙钛矿/钙钛矿/有机三结叠层电池的最大功率点跟踪（MPPT）测试。

图14. 大规模全钙钛矿及硅/钙钛矿叠层电池中NiOx/钙钛矿异质界面的钝化策略。(a) 钙钛矿/硅叠层电池结构示意图；(b) NaIO₄修饰溅射NiOx的实验流程及NaIO₄处理前后SAM分子在溅射NiOx表面锚定的示意图；(c) 叠层器件PCE分布箱线图；(d) 对照组与目标组冠军叠层器件的J-V曲线对比。(e) 气体辅助刮涂工艺示意图及加工窗口组成；(f) 全钙钛矿叠层电池截面SEM图像；(g) 冠军激光刻蚀叠层组件（有效面积20.25 cm²）的J-V曲线（插图为组件实物照片（左）及220 μm宽无效区域的显微图像（右））。