16507

1751 دكتري

دكتري

ماده چگال تجربي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1399

چهارده، 109ص.: مصور،‌جدول،‌نمودار

مهدي رنجبر، احمد كرمانپور

نيما تقوي نيا

مجيد مقدم، پيمان صاحب سرا، عليرضا نجفي چرمهيني

1400/03/25

كتابنامه

فيزيك

پرديس

1400/03/26

2700869

چكيده از آنجا كه فالت مركزي ايران منطقهاي با موقعيت جغرافيايي مناسب در بهرهگيري از انرژي پاك خورشيدي محسوب ميگردد اين پژوهش با هدف توانمندسازي كشور در جهت توليد پنلهاي خورشيدي كارآمد به ساخت و مشخصه يابي سلولهاي خورشيدي پروسكايتي PSCs نانوساختار اختصاص يافته است علي رغم قرار گرفتن اين نوع از سلولها در مركز توجهات علمي در سالهاي اخير مطالعات اندكي تا كنون بر تأثير به كارگيري ساختارهاي دواليهاي غيرآلي به منظور ايجاد ساختار الكترونيكي مناسب در كنترل مؤثرتر انتقال الكترونها و كاهش بازتركيب بار در فصل مشترك اليه انتقال دهنده الكترون ETL پروسكايت صورت گرفته است از سوي ديگر PSC هاي صفحهاي به دليل قابليت ساخت آسان با روشهاي رولي و در ابعاد بزرگ امروزه بسيار مورد توجه بوده كه اغلب بر پايه سه ماده نيم رساناي اكسيد فلزي شفاف 2 SnO2 TiO و 3 WO با قابليت باال در انتقال الكترونها تشكيل يافته اند بدين روي رساله حاضر به بررسي اثر حضور اليههاي بسيار نازك UTLs اكسيد فلزي ۹2 nm بر روي اليه فشرده CL انتقال دهنده الكترون اصلي ۵2 nm در بهبود عملكرد فتوولتاييكي PSC هاي مسطح با ساختار كلي FTO ETL CL UTL Perovskite Spiro OMeTAD Au اختصاص يافته است در بخش اول پژوهش مجموعه كاملي از ساختارهاي دو اليهاي مبتني بر سه اكسيد فلز 2 SnO2 TiO و 3 WO به روش دقيق و تكرار پاير كند و پاش بسامد راديويي اليه نشاني گرديد و عملكرد آنها به عنوان ETL در PSC هاي مسطح مورد مقايسه قرار گرفت از بررسي مشخصه يابيهاي صورت گرفته بر ETL ها و PSC هاي ساخته شده معلوم گرديد كه به كارگيري ساختارهاي دواليهاي TiO2 CL WO3 UTL TiO2 CL SnO2 UTL و 3 SnO2 CL WO UTL به دليل ايجاد صفبندي مؤثرتر نوارهاي انرژي بازدهي سلول را به طور قابل مالحظهاي افزايش ميبخشد درحاليكه استفاده از ساختارهاي معكوس يعني WO3 CL TiO2 UTL SnO2 CL TiO2 UTL و WO3 CL SnO2 UTL كاهش بازدهي سلولها را موجب ميشود از آنجا كه با به كارگيري اين روش اصالح سطح اثري مثبت را در تمامي حاالت براي سلولهاي بر پايه 2 TiO مشاهده نموديم بخش دوم پژوهش را به نگاهي عميق تر بر اثر حضور UTL هاي 2 SnO و 3 WO بر روي CL هاي 2 TiO اختصاص داده ايم بررسيها نشان داد كه ETL هاي دواليهاي هر دو مزيت مربوط به بيرون كشيده شدن بهتر الكترونها و كاهش بازتركيب بار در مرز را به دست ميدهند كه ميتوان آن را عالوه بر عامل اصلي مربوط به صفبندي مناسب تر نوارهاي انرژي نتيجه ايجاد سطحي هموارتر براي ETL و برقراري تماسي مؤثرتر با اليه پروسكايت در پي آن نيز دانست در اين تحقيق همچنين نقش حضور UTL هاي 2 SnO و 3 WO توسط نرم افزار SCAPS 1D مدلسازي گرديد نتايج شبيهسازي نيز اندازه گيريهاي تجربي را تأييد نموده و در تحليل برخي رفتارهاي فتوولتاييكي خاص سلولها بر پايه خصوصيات ديفكتها مورد استفاده قرار گرفت نهايتا بهترين عملكرد از سلولهاي حاوي دو اليهاي 2 TiO2 SnO حاصل گرديد كه با به كارگيري آن به بازدهي باالتر از ۱۹ با افزايش از مقدار 8۹ 8 براي PSC هاي صفحهاي دست يافته شد كلمات كليدي سلول خورشيدي پروسكايتي مسطح كندو پاش بسامد راديويي دواليهاي انتقال دهنده الكترون 2 WO3 TiO2 SnO

۹۹۹AbstractSince the Central Plateau of Iran is a region with a suitable geographical location in the use ofclean solar energy this study is dedicated to the construction and characterization ofnanostructured perovskite solar cells PSCs with the aim of empowering the country to produceefficient solar panels Despite the fact that this type of cell has been in the center of scientificattention in recent years few studies have so far been focused on using inorganic bilayerstructures in order to create a suitable electronic structure leading to more effectively controledelectron transfer and reduced charge recombination at the interface of the electron transportlayer ETL perovskite On the other hand planar device structures have attracted significantattention today for their feasible and roll to roll manufacturing capabilities in large dimensions which are often based on three transparent metal oxide semiconductors TiO2 SnO2 and WO3 with high electron transport properties Therefore the present work investigates the presenceeffect of an ultra thin layers UTLs 10 nm on the main electron transport compact layer CL 50 nm in improving the photovoltaic performance of planar PSCs with FTO ETL CL UTL Perovskite Spiro OMeTAD Au structure In the first part of the study a completeset of bilayer structures based on the three metal oxides of TiO2 SnO2 and WO3 were accuratelyand reproducibly deposited by radio frequency sputtering RF sputtering method and thedevice performances were then comparatively investigated Characterization results of thefabricated ETLs and PSCs revealed that using TiO2 CL SnO2 UTL TiO2 CL WO3 UTL andSnO2 CL WO3 UTL bilayer structures leads to significant increases in the cell efficienciesowing to more efficient energy band alignment This is while using the inverted bilayerstructures of SnO2 CL TiO2 UTL WO3 CL TiO2 UTL and WO3 CL SnO2 UTL reduces cellefficiencies As we observed a positive effect for all cases of TiO2 based cells using this surfacemodification approach the second part of our study was assigned to a closer look at the presenceeffect of the SnO2 and WO3 UTLs on top of TiO2 CL Investigations showed that bilayerstructures reveal both advantages of better electron extraction and reduced chargerecombination at the interfaces resulting from the socalled more efficient energy bandalignment as its main factor and better qualified surface of ETL perovskite substrate as its minorfactor In this study the roles of SnO2 and WO3 UTLs were also modeled using SCAPS 1Dsoftware This simulation supported the experimental results and was used to interpret thephotovoltaic behaviors of the fabricated devices based on defect characteristics The bestperformance here was achieved by TiO2 SnO2 bilayer cell with an improved efficiencyexceeding 12 increased from 8 18 for the planar PSCs Keywords Planar Perovskite solar cells Raidio frequency sputtering Electron transportbilayer SnO2 TiO2 WO3

مهدي رنجبر، احمد كرمانپور

نيما تقوي نيا

مجيد مقدم، پيمان صاحب سرا، عليرضا نجفي چرمهيني