بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر تاثیر MTiO2 دوپ شده با RGO و C60به ع نوان لا یهي انت قال ده ندهي الک ترون - - ETLدر سلول هاي پرو سکایتی متخلخل بدون انتقال دهندهي حفره - - HTLکه به روش تک مرحلهایی ساخته شده بررسی شده ا ست.نمودارهاي جذب لا یهي ETL در ناحیهي مرئی نشان میدهندکه جذب در لایهي ETL کاهش یافته است.
الگوي پراش ا شعه ي ای کس و ت صاویر حا صل از میکر سکوپ الکترونی روبشی نشان میدهند که ذرات پروسکایت بزرگتر، لا یهي پرو سکایت بدون ح فره و داراي ری ختشنا سی به تري ن سبت به پروسکایت با زیر لایهي MTiO2 خالص است. به نظر میرسد با توجه به انت خاب م قادیر منا سبی از مواد RGO و C60 سرعت انت قال الکترون افزایش، بازترکیب و آهنگ تخریب کاهش یافته است که منجر به بهبود عملکرد سلول شده است.
-1 مقدمه
با وجود مقدار قابل توجه بازدهی تبدیل توان - PCE - بدست آمده از سلولهاي خورشیدي پروسکایتی - PSC - با ساختار متخلخل، مقدار ثبت شده - %22 - از مقدار پیشبینی شده - 31% - خیلی فاصله دارد. تلفات ناشی از بازترکیب الکترون و حفره در فصل مشترك لایهها بطور قابل توجهی اثر منفی روي مبادلهي بار بین پروسکایت و لایههاي انتقال دهنده دارد. همچنین انتقال ضعیف بار توسط ETL و HTLشدیداً جمع آوري بار را در الکترودها محدود میکند.
این پدیدهها منجر به کاهش PCE میشوند. در میان مکانیزمهاي بازترکیب شناخته شده در سلولهاي خورشیدي پروسکایتی بر پایه MAPI ، فصل مشترك TiO2/MAPI و MAPI/HTM نقش اساسی در محدود کردن PCE بازي میکند . بخصوص باید از، - 1 انتقال الکترون از نوار رسانش MAPI به HTM و یا حالتهاي سطحی TiO2 و - 2 انتقال الکترون از نوار رسانش TiO2 به HTM و یا به MAPI جلوگیري شود. لذا تنظیم مناسب خواص فصل مشترك به منظور افزایش انتقال و استخراج بار در فصل مشترك mTiO2/MAPI الزامی است.
براي انجام آن کارهاي زیر میتواند صورت گیرد: - 1 اصلاح شیمیایی لایهي mTiO2 و یا دوپ کردن - 2 TiO2 استفاده مختلف از ساختارهاي نانو و ناهمگن TiO2 و با - 3 تغییر ترازهاي انرژي بوسیلهي اضافهکردن لایه-هایی در فصل مشترك.[1] در این تحقیق با کاربرد - ETL1 - mTiO2 و ETL2 - mTiO2+RGO+C60 - درسلولهاي خورشیدي پروسکایتی متخلخل بدون انتقالدهنده حفره با ساختار کلی FTO/ETL - cTiO2/ETL - 1or 2 - /CH3NH3PbI3/Au اثر آنها را گزارش کرده و آنها را با هم مقایسه میکنیم. کاربرد RGO بدلیل کاهش سد انرژي بین mTiO2 و FTO باعث انتقال سریع تر الکترون بین mTiO2 و FTO شده در نتیجه از بازترکیب بار در سطح مشترك جلوگیري میکند و کاربردC60 از انباشت و به دام افتادن بار جلوگیري میکند.
با استفاده از ETLهاي ذکر شده نفوذ پروسکایت در تیتانیوم بیشتر شده و از طرفی با کاهش نقصهاي ناشی از اکسیژن توسط RGO پایداري آن بیشتر میشود به عبارت دیگر با حذف نقصهاي سطحی و حجمی شبکه آناتاز TiO2 توسط RGO، نقصهاي الکترونی عمیق و نقصهاي فصل مشترك پروسکایت با mTiO2 کمتر شده و استخراج الکترون افزایش مییابد سرعت انتقال الکترون افزایش یافته که نتیجه آن بهبود پارامترهاي سلول خورشیدي پروسکایتی و همچنین پایداري بیشتر سلول می باشد. در این پژوهش ما با استفاده ازmTiO2 آلاییده شده با RGOو C60 به عنوان ETL در سلولهاي خورشیدي پروسکایتی سعی میکنیم که عملکرد این سلولها و یا پایداري آنها را بررسی کنیم3]،.[2
-3 نتایج و بحث
–1-3 تجزیه و تحلیل طیف پراش اشعه ایکس - XRD -
شکل 1 الگوهاي XRD پروسکایت رشد داده شده روي دو نوع ELT را نشان مید هد. دو نمو نه ساختار کری ستالی م شابهی را نشان میدهند که فاز تتراگونال پروسکایت است. شدت بیشتر و پهناي کمتر پ یک ها براي پرو سکایت ر شد داده شده روي ETL2 نشان دهندهي مورفولوژي و بلورینگی بهتر ، و سایز بزرگتر ذرات پروسکایت است که به اصلاح پوشش لایهي پروسکایت بدون حفره کمک کرده و باعث جذب بیشتر در لایه ي پروسکایت می شود.
و جود پ یک PbI2 را می توان به کا مل ن بودن واکنشPbI2 باCH3NH3Iیا تخریب پروسکایت در اثر هوا در هنگام لایه نشانی به روش چرخ شی ن سبت داد. ح ضور م قدار زیادPbI2در لایهي پروسکایت باعث تشکیل مرکز بازترکیب شده که نتیجه آن کاهش بازده توان تبدیل است4]،.[3 همچنین با استفاده از الگوي XRD و روش ویلیامسون – هال میانگین اندازهي بلوركها به ترتیب 126/2 نانومتر و 231 نانومتر به دست آمد. هر چه اندازهي میانگین بلورك بیشتر باشد می توان به سلول بهتري دست یافت. در اینجا چنان که مشخص است با دوپ کردن ETL به نتیجهي بهتري رسیدهایم.
– 2-3 تجزیه و تحلیل طیف جذب
در شکل2 طیف جذب از دو نمونه ETL1 و ETL2 نشان داده شده است. چنان که از شکل مشخص است با افزودن RGO و C60 به MTiO2 جذب در لایهي MTiO2 کاهش مییابد. این موضوع باعث میشود که نور بیشتري به لایهي پروسکایت رسیده و زوج الکترون-حفرهي بیشتري تولید شود که خود میتواند باعث افزایش چگالی جریان شود.
– 3-3 تجزیه و تحلیل تصویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM
شکل3 تصاویر SEM پروسکایت با دو زیر لایهي متفاوت رانشان میدهند. سایز متوسط ذرات پروسکایت با زیر لایهي ETL1 ، 260 nm و با زیر لایهي ETL2 ، - 290 nm میباشد. در SEM پروسکایت با زیر لایهي ETL1 حفرههایی دیده میشود.
– 4-3 تجزیه و تحلیل نمودار J-V
درشکل4 نمودار J-V بهترین سلول هاي پروسکایتی - از نظر بازده - ساخته شده با دو ETL متفاوت در دومین روز پس از ساخت نشان داده شده و پارامترهاي عملکرد فتوولتاییک متناظر در جدول 1 خلاصه شده است. پارامترهاي سلول با دوپ کردن ETL بهبود یافته است.
