ارزيابي و بهبود عملكرد انتقال‌ دهنده حفره CoxNi(1-x)O براي كاربرد در سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي نانو ساختار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

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.

210056

نانومواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

مجيد مقدم، عباس بهرامي، مهدي رنجبر

احمد كرمانپور، فتح الله كريم زاده