چکیده
عملکرد سلولهای خورشیدی به شدت وابسته به روش ساخت و نوع پیش ماده ها و حلالها، استوکیومتری مواد، روشها و تعداد مراحل لایه نشانی، مهندسی لایه ها و سطوح مشترک و مورفولوژی فیلم پروسکایت می باشد. در این مطالعه، سه سلول خورشیدی با لایه جاذب CsPbI3 در سه ساختار مختلف بررسی و کارائی و عملکرد آنها با هم مقایسه شده است. سنتز پروسکایت CsPbI3 در هر کدام از سلولها متفاوت است. همچنین لایه نشانی ها، دمای آنیلینگ، نسبت استوکیومتری پیش ماده ها، حلال های مورد استفاده و لایه های تشکیل دهنده سلولها با یکدیگر تفاوت دارند. در نهایت پارامترهای فتوولتائیکی همچون ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ضریب پر شوندگی و بازده هر کدام از سلولها با هم مقایسه شده است. همچنین از لحاظ مورفولوژی، سایز دانه های بلور پروسکایت در هر کدام از ساختارها مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایـج و بحث
منابـع
[1] Becker, P., et al., Low Temperature Synthesis of Stable γ‐CsPbI3 Perovskite Layers for Solar Cells Obtained by High Throughput Experimentation. 2019. 9(22): p. 190055.
[2] Zhao, B., et al., Thermodynamically stable
orthorhombic γ-CsPbI3 thin films for high
performance photovoltaics. 2018. 140(37): p. 11716-11725.
[3] Kottokkaran, R., et al. Layer by Layer deposition of CsPbI 3 perovskite: Device optimization and Characterization. in 2018 IEEE 7th World Conference on Photovoltaic.
Energy Conversion (WCPEC)(A Joint
Conference of 45th IEEE PVSC, 28th PVSEC & 34th EU PVSEC). 2018. IEEE.
مقدمه
رشد چشمگیر سلولهای خورشیدی پروسکایتی به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد از جمله خواص عالی اپتوالکتریکی، گاف نواری قابل تغییر و تنظیم ، ضریب جذب بالا، هزینه کم وسهولت ساخت، بازدهی بالا و طول نفوذ بلند در صنعت فتوولتائیک مورد توجه قرار گرفته اند. ارتقا بازده و پایداری در طی زمان طولانی یکی از اهداف پژوهشگران در سالیان اخیر بوده است. ناپایداری پروسکایت در شرایط محیط، در طی مدت زمان طولانی یک چالش مهم محسوب می شود و مانع تولید انبوه وتجاری سازی آنها می گردد. عواملی همچون رطوبت، دما، اکسیژن و اشعه uv باعث تخریب پروسکایت
می شوند. عملکرد سلول خورشیدی پروسکایتی به شدت از کیفیت اجرای دیگر سلول تاثیر می پذیرد. سطوح مشترک و لایه های میانی و لایه های انتقال دهنده حفره و الکترون و الکترودها نقش مهم و به سزائی در بازده و پایداری آن دارند. پوشش یکنواخت و مناسب لایه پروسکایت می تواند منجر به افزایش مقاومت لایه در مقابل حرارت و رطوبت گردد و پایداری را افزایش دهد. همچنین روش سنتز پروسکایت ، لایه نشانی ها و تعداد مراحل آن، حلالها، دمای آنیلینگ، نسبت استوکیومتری پیش ماده ها و در نهایت روش ساخت بر کیفیت و عملکرد سلول ، اثر گذار است. از سوی دیگر مناسب بودن اندازه دانه های بلور پروسکایت نیز ازاهمیت بالائی برخوردار است.
مواد و روش ها
در مطالعه حاضر، سه روش آزمایشگاهی متفاوت برای ساخت سلول خورشیدی با لایه جاذب CsPbI3 مورد بررسی قرار گرفته اند و در نهایت نتایج آنها با هم مقایسه می گردد.
آزمایش اول: ساختار سلول به این صورت می باشد: ITO/PTAA/CsPbI3/C60/BCP/Cu ، سنتز در آزمایش اول یک مسیر مستقیم و بدون مواد افزودنی بدون آنیلینگ اضافی در دمای 50 درجه سانتی گراد در فازγ - اورتومبیک CsPbI3 انجام می شود . در این سنتز از دو روش لایه نشانی نشست تبخیر دو منبعی و لایه نشانی چرخشی استفاده
می شود.[1]
آزمایش دوم: ساختار سلول به این صورت می باشد: FTO/TiO2/CsPbI3/P3HT/Au ، در این سنتز برای تهیه پیش ماده یدید سرب و یدید سزیم به نسبت مساوی استفاده می شود. از روش لایه نشانی چرخشی تک مرحله ای استفاده شده است .[2]
آزمایش سوم: ساختار سلول به این صورت می باشد : ITO/PTAA/CsPbI3/PCBM/AL در این سنتز با رسوب لایه به لایه دو پیش ماده به ضخامت مورد نظر پروسکایت دست پیدا کردند . برای سنتز از دو روش لایه نشانی تبخیر دو منبع ولایه نشانی چرخشی استفاده شده است.[3]
شکل 1- شماتیک پیکربندی سلول آزمایش اول
شکل 2- مورفولوژی فیلمهای پروسکایت در آزمایش دوم
شکل 3- شماتیک پیکربندی سلول در آزمایش سوم
جدول ا- مقایسه پارامترهای فتوولتائیکی سه آزمایش
مطالعه و بررسی بازده و پایداری سلول های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت CsPbI3 در سه ساختار متفاوت
ناهید عباسی1، سید علی هاشمی زاده عقدا2
1 دانشجو، گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور واحد تهران شرق، تهران، ایرانabbasinahid2020@gmail.com
2 دانشیار، گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور واحد تهران شرق، تهران، ایرانahashemizadeh@yahoo.com
لوگوی دانشگاه یا موسسه خود را جابگزین کنند
PNUPHY2022
نتایـج و بحث
اندازه پیش ماده های CsI و PbI2 در آزمایش اول و سوم با دو نسبت مولی متفاوت مورد استفاده قرار می گیرد .
ولی در آزمایش دوم این دو پیش ماده به مقدار یکسان برداشته می شود . سرعت لایه نشانی در سنتز سوم برای هر دو ماده CsI و PbI2 یکسان است ولی در دو سنتز اول و دوم با دو سرعت متفاوت تبخیر می شوند .
در آزمایش اول دمای تبخیر برای لایه نشانی دو پیش ماده متفاوت است ولی در دو آزمایش دیگر یکسان می باشد.
در آزمایش اول با افزایش CSI مقدار VOC هم افزایش می یابد ولی در آزمایش سوم با افزایش CSI مقدار VOC کاهش پیدا می کند.
در آزمایش اول اندازه دانه کوچک پروسکایت بین 100 nm و 200 nm بدون اضافه کردن هیچ ماده دیگری در شرایط
CsI – rich growth در طی فرآیند تبخیر به دست می آید.
در آزمایش دوم اندازه دانه متوسط بین 100 nm و 200 nm در دمای 100 درجه سانتی گراد حاصل می شود و برای بدست آوردن دانه کوچک باید دو ماده HI و H2O در فرآیند محلول افزوده شود و در آزمایش سوم هم با افزایش دما ، اندازه دانه پروسکایت افزایش یافته و موجب عملکرد بهتر دستگاه می گردد.
در جدول 1- پارامترهای فتوولتائیکی سه ساختار که از بهترین نمونه ها بدست آمده، نشان داده شده است.