氧化镍在太阳能电池中的应用进展

氧化镍是一种p型半导体材料，在传统工业中常用作光催化剂、镍铁电池阴极材料等。Haoshuang Gu 和 Jingbi You 等人^[1]基于氧化镍空穴传输层的反型钙钛矿太阳能电池研究，评述了优化氧化镍空穴传输层性能的主要研究进展。

背景

在反型结构钙钛矿电池器件中，电荷传输层质量十分关键，尤其是空穴传输层对器件性能影响极大。在早期反型结构PSC研究中，有机p型半导体材料常作为反型PSC空穴传输层，但其不佳的稳定性使得PSC商业化更加困难。氧化镍(NiOx)作为一种光、热、化学稳定性良好的p型宽带隙金属氧化物半导体，在反型PSC器件中表现出十分优异稳定性。然而NiOx薄膜的低电导、成膜质量等问题限制了器件效率的提升。为了制备稳定并且高效率的反型PSC，氧化镍薄膜的沉积方法还需要改进，其空穴抽取能力、能级结构匹配、成膜质量还需要进一步优化。

成膜方法优化

传统化学沉积方法和物理气相沉积方法制备氧化镍薄膜具有各自优点和缺点。传统化学沉积方法合成氧化镍颗粒具有高结晶性和可以低温沉积到衬底的优点，可以与柔性器件相容。例如，氧化镍前驱体的原位反应成膜方法的革新：由氧化镍前驱体溶胶法(sol-gel method)发展到引入乙酰丙酮配体的燃烧法(combustion method)，不仅降低了沉积温度，减少了能源消耗，氧化镍薄膜的致密性变好；同时工业上高温裂解-喷涂法(spray-pyrolysis)也在大面积氧化镍薄膜沉积上显示巨大潜力。这些化学沉积方法不仅成本低，而且利于控制掺杂，为改性提供了沉积方法。物理气相沉积方面，例如电子束沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积等等方法在厚度和形貌能精确控制显示了相当的优势，并取得了性能良好的基于氧化镍的反型PSC器件。

未来展望

对比反型器件中常用有机空穴传输材料PTAA，基于氧化镍的反型器件总是显示出相对较低的开路电压和填充因子，这是由于溶液法制备的薄膜质量较差，表面电荷缺陷较多。针对该问题，化学合成结晶质量高的氧化镍纳米颗粒是一个十分重要的解决路径，但是纳米颗粒分散液(或浆料)的分散度还需要进一步提高。在不影响钙钛矿在氧化镍上成膜质量的基础上，研发新的电荷缺陷填充(trap fill)材料也是一个可行方案，这一方面还需要更多的光电表征和理论进一步深入研究。

参考文献

[1] Nickel oxide for inverted structure perovskite solar cells. doi:10.1016/j.jechem.2020.04.027