توصيفگر ها :
سلول خورشيدي پروسكايتي. , لايه انتقالدهنده حفره , نيكل اكسيد آلاييده شده با كبالت , لايه محافظ مياني فولرين , ساختار سلول معكوس
چكيده فارسي :
يكي از مهمترين چالشها در ساخت سلولهاي خورشيدي پروسكايتي، عدم وجود يك ماده انتقال دهنده مؤثر حفره با پايداري و قيمت مناسب است. تقريباً اكثر مواد انتقالدهنده حفره مورد استفاده در سلولهاي خورشيدي بازده بالا، بر پايه مواد آلي از قبيل اسپايرو استوار است كه قيمت تجاري اين مواد تا ده برابر گرانتر از طلا و پلاتين ميباشد. از طرف ديگر نيمههاديهاي نوع p غيرآلي مانند نيكل اكسيد در مقايسه با انتقالدهندههاي حفره آلي، از نظر قيمت بسيار مقرون به صرفه هستند. به علاوه، ويژگيهايي از قبيل گاف انرژي پهن، رسانش بالا، پايداري و مقاومت در برابر رطوبت و فرآيند ساخت بر پايه محلول، اين انتقالدهنده حفره غيرآلي نانوساختار را به عنوان گزينه مناسبي براي جايگزيني مواد آلي تبديل كرده است. هدف از انجام پژوهش حاضر ارزيابي ويژگيها و سازوكار عملكرد نيكل اكسيد بهعنوان انتقالدهنده حفره در ساختار سلول خورشيدي پروسكايتي نانوساختار به صورت معكوس كه در دماي پايين ساخته شود و مقايسه آن با عملكرد نيكل اكسيد آلاييده شده با كبالت به عنوان انتقالدهنده حفره ميباشد. لايه نشاني و ساخت لايه انتقال دهنده حفره نيكل اكسيد در دماي پايين موجب هدايت الكتريكي كم و مقدار زيادي نقص در شبكه نيكل اكسيد مي شود كه منجربه افزايش نرخ بازتركيب بارها مي شود به منظور غلبه بر اين نقصان دو راه وجود دارد ابتدا اضافه كردن آلاينده فلزي كبالت و راه دوم استفاده از لايه محافظ مياني به منظور كنترل سطح تماس لايه هاي مختلف سلول خورشيدي است. بدين منظور در ابتدا نانو ذرات نيكل اكسيد آلاييده شده با اندازههاي مختلف كبالت به روش هم رسوبي سنتز شدند و بهعنوان فوتوآند سلول خورشيدي مورد استفاده قرار گرفت. سلولهاي متعددي با ساختار معكوس شامل اكسيد رساناي شفافITO –لايه رساناي حفره (نيكل اكسيد)- پروسكايت – لايه رساناي الكترون بوتيريك اسيد متيل استر (PCBM)- لايه محافظ مياني فولرين C60 و باتوكوپرين (BCP)- اتصال نقره- به روشهاي لايه نشاني چرخشي و تبخير حرارتي، ساخته شد و ويژگيها ساختاري، نوري و الكتريكي آنها تحت شرايط مختلف، مورد ارزيابي قرار گرفت. در سلولهاي خورشيدي با لايه انتقالدهنده نيكل اكسيد خالص، فاكتور پرشوندگي حدود %70، چگالي جريان 5/19 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع، ولتاژ مدارباز 97/0 ولت و بازده %2/13 بهدست آمد. با ورود آلاينده كبالت اندازههاي متغيرهاي فوتوولتائيك بالا به نحو مطلوبي در مقايسه با نيكل اكسيد خالص افزايش يافت، بهطوري كه براي آلاينده 75/0 درصد مولي كبالت، فاكتور پرشوندگي حدود %76، چگالي جريان 5/21 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع، ولتاژ مدار باز 1 ولت و بازده %42/16 بهدست آمد. در ساختار سلول خورشيدي پروسكايتي نانوساختار با لايه انتقالدهنده نيكل اكسيد خالص به صورت معكوس و با استفاده از لايه محافظ مياني فولرين، فاكتور پرشوندگي حدود 71% ، چگالي جريان 5/21 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع، ولتاژ مدار باز1ولت و بازده 2/15% بدست آمد.
چكيده انگليسي :
One of the most critical challenges in fabricating perovskite solar cells is the lack of an effective hole transport layer with stability and reasonable price. Almost all of the hole transport layer used in high-efficiency solar cells is based on Spiroʹs organic materials, which are up to ten times more expensive than gold and platinum. On the other hand, inorganic p-type semiconductors such as nickel oxide are cost-effective compared to the organic hole transport layer. Besides, features such as a broad energy band gap, high conductivity, stability, and resistance to moisture and solution-based manufacturing processes make this nanostructured inorganic hole transport layer a viable alternative to organic materials. This study aimed to evaluate the characteristics and mechanism of nickel oxide as a hole transport layer in the structure of nanostructured inverted perovskite solar cells made at low temperature and compare it with nickel oxide performance doped with cobalt as a hole transport layer. Low intrinsic electrical conductivity and the high amount of defects when it is synthesized at low temperature, resulting in increased charge recombination and reduced hole extraction, have blocked further improvement to NiOx-based PSCs. To overcome this drawback and keep the temperature low, two main methods have been investigated: interlayersʹ addition for controlling the interface. Besides metal ion doping, Different metals are used to dope the NiOx, like Au+, Cu2+, Co3+, and Li+. Among other metals, Co is a promising dopant. For this purpose, at first, nickel oxide nanoparticles doped with varying amounts of cobalt were synthesized by the co-precipitation method and used as a solar cell photoanode. Numerous cells with an inverted structure including transparent conductive oxide ITO - hole transport layer (nickel oxide) - perovskite - an electron-conducting layer of butyl methyl ester (PCBM) - the protective interlayer of Fullerene C60 and Batocoprine (BCP) - silver bonding by spin coating methods And thermal evaporation, were made. Their structural, optical, and electrical properties were evaluated under different conditions. In solar cells with a pure nickel oxide as a hole transport layer, the fill factor was about 70%, the current density was 19.5 mA / cm2, the open-circuit voltage was 0.97 V, and the efficiency was 13.2%. With the cobalt dopant, the values of high photovoltaic parameters increased favorably compared to pure nickel oxide. For the dopant 0.75 mol% cobalt, fill factor of about 76%, current density of 21.5 mA / cm2, open-circuit voltage 1 volt, and 16.42% efficiency were obtained. In the structure of nanostructured inverted perovskite solar cell with pure nickel oxide hole transport layer and using the protective interlayer of fullerene, the fill factor is about 71%, the current density is 21.5 mA / cm2, open-circuit voltage is 1 V, and efficiency is 15.2 % Was obtained.