شماره راهنما :
1763 دكتري
پديد آورنده :
خسروي، مسعود
عنوان :
بررسي تاثير پارامترهاي لايه نشاني بر راندمان سلول هاي خورشيدي هيبريدي نانوساختار بر پايه پروسكايت
گرايش تحصيلي :
نانو مواد- نانوفناوري
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 139ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمدرضا طرقي نژاد، علي سعيدي
استاد مشاور :
محمدرضا واعظي
توصيفگر ها :
سلول خورشيدي پروسكايتي , لايه فشرده تيتانيا آلاييده با آلومينيوم , ضخامت لايه انتقال دهنده الكترون , لايه پروسكايت دو مرحله اي , خواص فوتوولتائيك
استاد داور :
علي مشرقي، فتح الله كريم زاده، عباس بهرامي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/04/21
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/04/21
چكيده فارسي :
لايه فشرده دياكسيد تيتانيوم (TiO2) آلاييده با درصدهاي مختلف آلومينيوم، در سلول خورشيدي پروسكايتي به عنوان لايه هدايت كننده الكترون مورد استفاده قرار گرفت و اثر غلظت آلايش آلومينيوم بر خصوصيات سلول ساخته شده بررسي گرديد. لايه فشرده تيتانيا آلاييده با مقادير مختلف آلومينيوم، روي زير لايه رسانا FTO به دو روش اسپري پيروليز با ضخامتهاي مختلف و پوششدهي چرخشي لايه نشاني شد. با استفاده از آزمونهاي پراش پرتو ايكس (XRD)، طيف سنجي فرابنفش- مرئي (UV-Vis)، بيضي سنجي و طيف سنجي فتولومينسانس (PL)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي ميداني (FESEM) و ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، پروب چهار نقطهاي و دستگاه تست الكتروشيميايي به ترتيب خواص ساختاري، نوري، ميكروسكوپي و الكتريكي لايههاي تيتانيا مورد بررسي قرار گرفت. نتايج XRD نشان داد كه با افزايش آلايش آلومينيوم (از 0 تا 5 درصد مولي) اندازه بلوركهاي لايه كاهش پيدا ميكند و فاصله بين صفحات كريستالي و كرنش شبكهاي لايه تيتانيا به ترتيب كاهش و افزايش مييابد. همچنين مشخص گرديد كه آلايش لايه تيتانيا با آلومينيوم، باعث افزايش شدت پيك (024) و كاهش شدت پيك (020) ميشود. همچنين با افزايش آلايش آلومينيوم، مقدار گاف انرژي و ضخامت لايهها افزايش ولي ميزان شفافيت، ضريب شكست، اندازه دانهها و زبري سطح كاهش پيدا ميكند. نتايج حاصل از آزمون پروب چهار نقطهاي و موت- شاتكي، تغيير خواص الكتريكي لايه¬هاي تيتانيا را در اثر آلايش با آلومينيوم نشان داد، همچنين نتايج آزمون فتولومينسانس مشخص كرد كه ميزان نواقص بلوري در ابتدا با افزايش آلايش آلومينيوم تا 1%، كاهش يافته ولي با افزايش بيشتر غلظت تا 5% افزايش مييابد. نتايج آزمون جريان- ولتاژ و امپدانس الكتروشيميايي (EIS) نشان داد كه ميزان آلايش آلومينيوم به صورت مستقيم بر خواص فوتوولتائيك سلولهاي پروسكايتي تاثيرگذار است، به گونهاي كه با افزايش غلظت آلومينيوم از صفر به 1%، ولتاژ مدار باز (Voc)، چگالي جريان كوتاه (Jsc) و بازده سلول افزايش يافته در حالي كه با افزايش بيشتر مقدار آلومينيوم از 1 به 5% اين مقادير كاهش پيدا ميكنند و سلول ساخته شده با 1% مولي آلومينيوم داراي بهترين عملكرد ميباشد؛ همچنين اين سلول داراي كمترين مقاومت سري و بيشترين مقاومت شانت ميباشد. ضخامت بهينه لايه فشرده تيتانيا با 1% آلومينيوم برابر nm60 اندازهگيري شد. سلول ساخته شده با لايه تيتانياي چرخشي، عملكرد نسبي بهتري (81/8%) از سلول با لايه تيتانياي اسپري پيروليز شده (61/8%) از خود نشان داد. لايه پروسكايت با چهار روش تك مرحلهاي، چرخشي- چرخشي، چرخشي- غوطهوري و چرخشي- تبخير فيزيكي تهيه شد كه بهترين عملكرد و پايداري مربوط به لايه تهيه شده به روش چرخشي- تبخير فيزيكي ميباشد. سلول ساخته شده به روش دو مرحلهاي چرخشي- غوطهوري در محلول mg/ml 15 بهترين عملكرد را به نسبت ديگر سلولها (سلولهاي ساخته شده با همان روش و غوطهور در محلول MAI با غلظتهاي ديگر) از خود نشان داد. همچنين مشخص شد كه استفاده از لايه انتقال دهنده حفره (HTM) نه تنها باعث بهبود بازدهي و عملكرد سلول ميشود، بلكه پايداري سلول را نيز به مقدار قابل توجهي زياد ميكند.
چكيده انگليسي :
The compacted layer of titanium dioxide (TiO2) doped by different percentages of aluminum was used in perovskite solar cell as the electron conducting layer and the effect of aluminum doping content on the properties of the fabricated cell was investigated. The compacted TiO2 layer which doped by different amounts of aluminum was coated on the FTO substrate by two methods of spray pyrolysis with different thicknesses and spin coating. Using X-ray diffraction (XRD), ultraviolet (UV-Vis) spectroscopy, photoluminescence (PL), Field emission scanning electron microscopy (FESEM) and atomic force microscopy (AFM), four-point probe and electrochemical analysis, the structural, optical, microscopic and electrical properties of titania layers were investigated respectively. XRD results showed that by increasing aluminum content (from 0 to 5 mol%), the crystallite size and the crystalline plane distance were decreased while the TiO2 lattice strain was increased. It was also found that increasing Al dopant level (from 0 to 5%), leads to decrease TiO2 (011) peak intensity while diffraction intensity of TiO2 (024) plane increases. Also the optical band gap energy of TiO2 thin films exhibits a blue shift from 3.41 to 3.49 ev by incteasing in Al content, while the transparency, refractive index, grain size and surface roughnessof TiO2 layers were decreases. The results of the four-point probe and Mott-Schottky analysis did not show a marked change in electrical properties of TiO2 layers by adding Al dopant, but the photoluminescence analysis showed that by increasing the Al amount from 0 to 1 %, the crystalline defects density were decreased while it was enhanced by further increasing in Al amount from 1 to 5 %. The results of current-voltage characteristics and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the amount of Al content affects the photovoltaic properties of perovskite cells directly, so that by increasing the concentration of aluminum from zero to 1%, the open circuit voltage (Voc), short-current density (Jsc) and cell efficiency were increased. Further increasing in Al amount from 1 to 5% caused a decrease in these values. Thus the cell made using a TiO2 layer doped by 1% aluminum has the best photovoltaic characteristics among all the cells. This cell also has the lowest series resistance and the highest shunt resistance. The optimal thickness of the TiO2 compact layer (which doped by 1% Al content) was measured at 60 nm. It was revealed that the cell which was made by spin coating method (TiO2 compact layer) relatively has a better performance (8.81%) than the cell was made by spray pyrolysis method (8.61%). The perovskite layer was prepared by four methods of one-step, spin coating- spin coating, spin coating –dip coating and spin coating -physical vapor deposition (PVD). The best performance and stability of the layer is related to the layer which prepared by the spin coating-PVD method. The cell which made by the spin coating– dip coating in 15 mg/ml methyl ammonium iodide (MAI) solution was given the best performance compared to other cells (the cells which made by the same method and immersed in MAI solution with other concentrations). It was also found that using of hole transport layer (HTM) not only improves the cell efficiency, but also significantly increases cell stability.
استاد راهنما :
محمدرضا طرقي نژاد، علي سعيدي
استاد مشاور :
محمدرضا واعظي
استاد داور :
علي مشرقي، فتح الله كريم زاده، عباس بهرامي
