Effects of a Molecular Monolayer Modification of NiO Nanocrystal Layer Surfaces on Perovskite Crystallization and Interface Contact toward Faster Hole Extraction and Higher Photovoltaic Performance

Advanced Functional Materials

Volumn 26, Issue 17, 2016, Pages 2950-2958

  Bai, Yang ^a   Chen, Haining ^a   Xiao, Shuang ^a   Xue, Qifan ^b   Zhang, Teng ^a   Zhu, Zonglong ^a   Li, Qiang ^a   Hu, Chen ^a   Yang, Yun ^a   Hu, Zhicheng ^b   Huang, Fei ^b   Wong, Kam Sing ^a   Yip, Hin Lap ^b   Yang, Shihe ^a  

^a HONG KONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Hong Kong)

^b SOUTH CHINA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (China)

Author keywords

hole extraction; hole transport layer; perovskite solar cell; surface modification

Indexed keywords

CHROMIUM COMPOUNDS; EFFICIENCY; ETHANOLAMINES; HOLE MOBILITY; INTERFACES (MATERIALS); MONOLAYERS; NANOCRYSTALS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; NICKEL OXIDE; PEROVSKITE; PEROVSKITE SOLAR CELLS; PHOTOVOLTAIC EFFECTS; SOLAR CELLS; SURFACE TREATMENT;

HOLE EXTRACTIONS; HOLE TRANSPORT LAYERS; HOLE-TRANSPORTING MATERIALS; MOLECULAR ADSORPTION; MOLECULAR MONOLAYER; PHOTOVOLTAIC PERFORMANCE; POWER CONVERSION EFFICIENCIES; SHORT-CIRCUIT PHOTOCURRENT DENSITIES;

EXTRACTION;

EID: 84977841337     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201505215     Document Type: Article

References (71)

1. a) A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6050;
2. b) J. Burschka, N. Pellet, S. J. Moon, R. Humphry-Baker, P. Gao, M. K. Nazeeruddin, M. Gratzel, Nature 2013, 499, 316;
3. c) N. J. Jeon, J. H. Noh, W. S. Yang, Y. C. Kim, S. Ryu, J. Seo, S. I. Seok, Nature 2015, 517, 476;
4. d) M. Z. Liu, M. B. Johnston, H. J. Snaith, Nature 2013, 501, 395;
5. e) J. H. Heo, S. H. Im, J. H. Noh, T. N. Mandal, C. S. Lim, J. A. Chang, Y. H. Lee, H. J. Kim, A. Sarkar, M. K. Nazeeruddin, M. Gratzel, S. I. Seok, Nat. Photonics 2013, 7, 487;
6. f) M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. N. Murakami, H. J. Snaith, Science 2012, 338, 643;
7. g) S. D. Stranks, G. E. Eperon, G. Grancini, C. Menelaou, M. J. P. Alcocer, T. Leijtens, L. M. Herz, A. Petrozza, H. J. Snaith, Science 2013, 342, 341;
8. h) W. S. Yang, J. H. Noh, N. J. Jeon, Y. C. Kim, S. Ryu, J. Seo, S. I. Seok, Science 2015, 348, 1234;
9. i) H. P. Zhou, Q. Chen, G. Li, S. Luo, T. B. Song, H. S. Duan, Z. R. Hong, J. B. You, Y. S. Liu, Y. Yang, Science 2014, 345, 542;
10. j) H. S. Kim, C. R. Lee, J. H. Im, K. B. Lee, T. Moehl, A. Marchioro, S. J. Moon, R. Humphry-Baker, J. H. Yum, J. E. Moser, M. Gratzel, N. G. Park, Sci. Rep. 2012, 2, 591;
11. k) W. Chen, Y. Z. Wu, Y. F. Yue, J. Liu, W. J. Zhang, X. D. Yang, H. Chen, E. B. Bi, I. Ashraful, M. Gratzel, L. Y. Han, Science 2015, 350, 944.
12. H. J. Snaith, A. Abate, J. M. Ball, G. E. Eperon, T. Leijtens, N. K. Noel, S. D. Stranks, J. T. W. Wang, K. Wojciechowski, W. Zhang, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1511.
13. a) J. H. Kim, P. W. Liang, S. T. Williams, N. Cho, C. C. Chueh, M. S. Glaz, D. S. Ginger, A. K. Y. Jen, Adv. Mater. 2015, 27, 695;
14. b) J. H. Park, J. Seo, S. Park, S. S. Shin, Y. C. Kim, N. J. Jeon, H. W. Shin, T. K. Ahn, J. H. Noh, S. C. Yoon, C. S. Hwang, S. I. Seok, Adv. Mater. 2015, 27, 4013;
15. c) Z. L. Zhu, Y. Bai, T. Zhang, Z. K. Liu, X. Long, Z. H. Wei, Z. L. Wang, L. X. Zhang, J. N. Wang, F. Yan, S. H. Yang, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12571;
16. d) Y. Bai, H. Yu, Z. L. Zhu, K. Jiang, T. Zhang, N. Zhao, S. H. Yang, H. Yan, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9098;
17. e) L. Hu, J. Peng, W. W. Wang, Z. Xia, J. Y. Yuan, J. L. Lu, X. D. Huang, W. L. Ma, H. B. Song, W. Chen, Y. B. Cheng, J. Tang, ACS Photonics 2014, 1, 547.
18. a) R. Betancur, M. Maymo, X. Elias, L. T. Vuong, J. Martorell, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011, 95, 735;
19. b) H. Y. Hsu, C. Y. Wang, A. Fathi, J. W. Shiu, C. C. Chung, P. S. Shen, T. F. Guo, P. Chen, Y. P. Lee, E. W. G. Diau, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9339;
20. c) X. B. Xu, Z. H. Liu, Z. X. Zuo, M. Zhang, Z. X. Zhao, Y. Shen, H. P. Zhou, Q. Chen, Y. Yang, M. K. Wang, Nano Lett. 2015, 15, 2402.
21. a) Z. Gu, L. Zuo, T. T. Larsen-Olsen, T. Ye, G. Wu, F. C. Krebs, H. Chen, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 24254;
22. b) Y. C. Shih, L. Y. Wang, H. C. Hsieh, K. F. Lin, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9133;
23. c) Z. L. Zhu, J. A. Ma, Z. L. Wang, C. Mu, Z. T. Fan, L. L. Du, Y. Bai, L. Z. Fan, H. Yan, D. L. Phillips, S. H. Yang, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3760;
24. d) L. J. Zuo, Z. W. Gu, T. Ye, W. F. Fu, G. Wu, H. Y. Li, H. Z. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2674;
25. e) Q. F. Xue, C. Sun, Z. C. Hu, F. Huang, H. L. Yip, Y. Cao, Acta Chim. Sin. 2015, 73, 179.
26. a) Q. F. Xue, Z. C. Hu, J. Liu, J. H. Lin, C. Sun, Z. M. Chen, C. H. Duan, J. Wang, C. Liao, W. M. Lau, F. Huang, H. L. Yip, Y. Cao, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 19598;
27. b) Z. Hu, S. Dong, Q. Xue, R. Xu, H.-L. Yip, F. Huang, Y. Cao, Org. Electron. 2015, 27, 46.
28. a) M. El-Kemary, N. Nagy, I. El-Mehasseb, Mater. Sci. Semicond. Process. 2013, 16, 1747;
29. b) M. Hepting, M. Minola, A. Frano, G. Cristiani, G. Logvenov, E. Schierle, M. Wu, M. Bluschke, E. Weschke, H. U. Habermeier, E. Benckiser, M. Le Tacon, B. Keimer, Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 227206.
30. a) H. A. Dawood, R. Khalaf, Z. Salman, Iraqi Natl. J. Chem. 2009, 35, 489;
31. b) C. C. Chang, P. N. Kumta, J. Power Sources 1998, 75, 44;
32. c) F. Motahari, M. R. Mozdianfard, F. Soofivand, M. Salavati-Niasari, RSC Adv. 2014, 4, 27654;
33. d) J. M. Ramos, M. T. D. Cruz, A. C. Costa, O. Versiane, C. A. T. Soto, ScienceAsia 2011, 37, 247.
34. Q. M. Peng, J. X. Guo, Q. R. Zhang, J. Y. Xiang, B. Z. Liu, A. G. Zhou, R. P. Liu, Y. J. Tian, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4113.
35. Q. F. Xue, Z. C. Hu, C. Sun, Z. M. Chen, F. Huang, H. L. Yip, Y. Cao, RSC Adv. 2015, 5, 775.
36. K. G. Stamplecoskie, J. S. Manser, P. V. Kamat, Energy Environ. Sci. 2015, 8, 208.
37. a) F. K. Aldibaja, L. Badia, E. Mas-Marza, R. S. Sanchez, E. M. Barea, I. Mora-Sero, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9194;
38. b) D. Y. Liu, M. K. Gangishetty, T. L. Kelly, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 19873;
39. c) Q. Chen, H. P. Zhou, Z. R. Hong, S. Luo, H. S. Duan, H. H. Wang, Y. S. Liu, G. Li, Y. Yang, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 622;
40. d) H. Chen, Z. Wei, X. Zheng, S. Yang, Nano Energy 2015, 15, 216;
41. e) C. T. Zuo, L. M. Ding, Nanoscale 2014, 6, 9935;
42. f) W. Zhang, M. Saliba, D. T. Moore, S. K. Pathak, M. T. Horantner, T. Stergiopoulos, S. D. Stranks, G. E. Eperon, J. A. Alexander-Webber, A. Abate, A. Sadhanala, S. H. Yao, Y. L. Chen, R. H. Friend, L. A. Estroff, U. Wiesner, H. J. Snaith, Nat. Commun. 2015, 6, 6142;
43. g) J. Mao, H. Zhang, H. X. He, H. F. Lu, F. X. Xie, D. Zhang, K. S. Wong, W. C. H. Choy, RSC Adv. 2015, 5, 73760;
44. h) S. T. Ha, X. F. Liu, Q. Zhang, D. Giovanni, T. C. Sum, Q. H. Xiong, Adv. Opt. Mater. 2014, 2, 838;
45. i) Q. Q. Lin, A. Armin, R. C. R. Nagiri, P. L. Burn, P. Meredith, Nat. Photonics 2015, 9, 106
46. a) Q. Chen, H. P. Zhou, T. B. Song, S. Luo, Z. R. Hong, H. S. Duan, L. T. Dou, Y. S. Liu, Y. Yang, Nano Lett. 2014, 14, 4158;
47. b) L. Liu, Y. Sun, D. Z. Jia, J. H. Qi, Chin. J. Inorg. Chem. 2010, 26, 581.
48. a) S. O. Grim, L. J. Matienzo, W. E. Swartz Jr, J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 5116;
49. b) G. B. B. Varadwaj, S. Rana, K. M. Parida, RSC Adv. 2013, 3, 7570.
50. T. Wolkenstein, Electronic Processes on Semiconductor Surfaces during Chemisorption, Springer Science and Business Media, New York, 2012.
51. a) S. Y. Ye, W. H. Sun, Y. L. Li, W. B. Yan, H. T. Peng, Z. Q. Bian, Z. W. Liu, C. H. Huang, Nano Lett. 2015, 15, 3723;
52. b) R. S. Sanchez, V. Gonzalez-Pedro, J. W. Lee, N. G. Park, Y. S. Kang, I. Mora-Sero, J. Bisquert, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2357;
53. c) A. Pockett, G. E. Eperon, T. Peltola, H. J. Snaith, A. Walker, L. M. Peter, P. J. Cameron, J. Phys. Chem. C. 2015, 119, 3456;
54. d) Y. H. Shao, Z. G. Xiao, C. Bi, Y. B. Yuan, J. S. Huang, Nat. Commun. 2014, 5, 5784;
55. e) J. A. Christians, R. C. M. Fung, P. V. Kamat, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 758.
56. a) J. H. Kim, S. T. Williams, N. Cho, C. C. Chueh, A. K. Y. Jen, Adv. Energy. Mater. 2015, 5, 1401229;
57. b) I. C. Smith, E. T. Hoke, D. Solis-Ibarra, M. D. McGehee, H. I. Karunadasa, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11232;
58. c) L. Badia, E. Mas-Marza, R. S. Sanchez, E. M. Barea, J. Bisquert, I. Mora-Sero, APL Mater. 2014, 2, 081507;
59. d) L. K. Ono, S. R. Raga, M. Remeika, A. J. Winchester, A. Gabe, Y. B. Qi, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 15451;
60. e) J. Yin, J. Cao, X. He, S. F. Yuan, S. B. Sun, J. Li, N. F. Zheng, L. W. Lin, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 16860;
61. f) S. Guarnera, A. Abate, W. Zhang, J. M. Foster, G. Richardson, A. Petrozza, H. J. Snaith, J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 432;
62. g) X. Li, M. I. Dar, C. Y. Yi, J. S. Luo, M. Tschumi, S. M. Zakeeruddin, M. K. Nazeeruddin, H. W. Han, M. Gratzel, Nat. Chem. 2015, 7, 703;
63. h) M. Kaltenbrunner, G. Adam, E. D. Glowacki, M. Drack, R. Schwodiauer, L. Leonat, D. H. Apaydin, H. Groiss, M. C. Scharber, M. S. White, N. S. Sariciftci, S. Bauer, Nat. Mater. 2015, 14, 1032;
64. i) K. Leo, Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 574;
65. j) A. Y. Mei, X. Li, L. F. Liu, Z. L. Ku, T. F. Liu, Y. G. Rong, M. Xu, M. Hu, J. Z. Chen, Y. Yang, M. Gratzel, H. W. Han, Science 2014, 345, 295;
66. j) L. J. Yang, J. C. Wang, W. W. F. Leung, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 14614;
67. k) J. You, L. Meng, T.-B. Song, T.-F. Guo, Y. M. Yang, W.-H. Chang, Z. Hong, H. Chen, H. Zhou, Q. Chen, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 75.
68. a) T. A. Berhe, W.-N. Su, C.-H. Chen, C.-J. Pan, J.-H. Cheng, H.-M. Chen, M.-C. Tsai, L.-Y. Chen, A. A. Dubale, B.-J. Hwang, Energy Environ. Sci. 2016, DOI: 10.1039/C5EE02733K;
69. b) T. Leijtens, G. E. Eperon, N. K. Noel, S. N. Habisreutinger, A. Petrozza, H. J. Snaith, Adv. Energy. Mater. 2015, 5, 1500963;
70. c) M. Shahbazi, H. Wang, Sol. Energy 2016, 123, 74.
71. J. Liu, J. Lin, Q. Xue, Q. Ye, X. He, L. Ouyang, D. Zhuang, C. Liao, H.-L. Yip, J. Mei, W.-M. Lau, J. Power Sources 2016, 301, 242.