‌‌بهبود همزمان عملكرد فوتوولتائيك و پايداري سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي بوسيله مهندسي سطح مشترك، افزودني‌ها و افزودني‌ها-ضدحلال با استفاده از نقاط كوانتومي گرافن و تركيبات آزول

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

هدف از اين رساله طراحي و ساخت سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي با بازده و پايداري بالا توسط روش‌هاي مهندسي سطح، افزودني‌ها‌ و افزودني‌ها-ضدحلال با نقاط كوانتومي گرافن (GQDs) عامل‌دار شده و تركيبات آزول مي‌باشد. در بخش اول، نانوميله‌هاي تيتانيوم دي اكسيد (TiO2 NRs) با يك روش گرمابي يك مرحله‌اي ساده، سنتز و به عنوان لايه انتقال‌دهنده الكترون در سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي استفاده شدند. بازده تبديل توان انرژي (PCE) سلول‌هاي مبتني بر TiO2 NRs در مقايسه با تيتانيوم دي اكسيد مزومتخلخل (mp-TiO2)، 217 درصد بهبود يافت. به منظور افزايش بيشتر بازده، يك رويكرد جديد براي سنتز نانو ميله‌هاي تيتانيوم دي اكسيد-نقاط كوانتومي گرافن (TiO2 NRs-GQDs) با استفاده از روش گرمابي، اتخاذ شد. PCE سلول‌هاي مبتني بر TiO2 NRs-GQDs در مقايسه با سلول‌هاي مبتني بر TiO2 NRs، 34 درصد بهبود يافت. در بخش دوم، روش مهندسي سطح مشترك توسط نقاط كوانتومي گرافن آبگريز عامل‌دار شده با دودسيل آمين (HGQDs)، بين فيلم پروسكايت و لايه انتقال‌دهنده حفره با موفقيت به كار گرفته شد. HGQDs، داراي گروه‌هاي عاملي آميدي به طور مؤثر نقص‌هاي موجود در سطح فيلم پروسكايت و مرزدانه‌ها را غيرفعال و با كاهش چگالي تله‌هاي الكتروني از cm-3 1015 ×87/4 به cm-3 1015 ×96/2 ، بازتركيبي حامل‌هاي بار را كاهش دادند. بنابراين، PCE به طور قابل توجهي از 00/16 درصد براي سلول مرجع به 30/18 درصد براي سلول‌هاي اصلاح شده افزايش يافت. همچنين، پايداري سلول‌ها به دليل خاصيت آبگريزي HGQDs ناشي از زنجيره‌هاي آلكيلي روي سطح آن، به طور قابل توجهي افزايش يافت و پس از 960 ساعت 82 درصد از بازده اوليه خود را حفظ كردند. در بخش سوم، روش مهندسي افزودني-ضدحلال با استفاده از نقاط كوانتومي گرافن چند عاملي (MGQDs) پخش شده در مخلوط حلال‌هاي تولوئن و هگزان به عنوان يك افزودني چند عملكردي در جهت ساخت ساختار هتروجانكشن شيب دار در فيلم پروسكايت متيل آمونيوم سرب يديد (MAPI) به كار گرفته شد. با اعمال اين روش، نه تنها يك فيلم پروسكايت فشرده با ريخت‌شناسي مطلوب تشكيل شد، بلكه MGQDs موجب غيرفعال شدن نقص‌هاي سطحي فيلم پروسكايت ‌و كاهش VTFL از 74/0 ولت به 40/0 ولت گرديد. به اين ترتيب، PCE سلول اصلاح شده حدوداً به 0/20 درصد رسيد كه در مقابل بازده سلول مرجع (00/16 درصد) قابل توجه بود. علاوه بر اين، ويژگي‌هاي آبگريزي فيلم پروسكايت در اثر افزودن MGQDs ناشي از زنجيره آبگريز كربني موجود روي سطح آن افزايش و موجب بهبود پايداري 78 درصدي سلول اصلاح‌شده در مقايسه با سلول مرجع‌گرديد. در بخش نهايي، روش مهندسي افزودني با استفاده از دو تركيب آزولي 2-مركاپتو بنزايميدازول (MBI) و 2- مركاپتوبنزوتيازول (MBT) كه حاوي اتم‌هاي الكترون دهنده N و S مي‌باشند، به كار گرفته شد.اين تركيبات، نه تنها موجب شكل گيري فيلم پروسكايت همگن با كيفيت بالا گرديد، بلكه با برهمكنش قوي با Pb2+ پيوند نشده، نقص‌هاي سطحي پروسكايت را كاهش دادند و ضريب ايده‌آل از 69/1 براي سلول مرجع به 21/1 و 33/1 براي سلول‌هاي اصلاح‌شده كاهش يافت. با به كارگيري اين روش، بازده سلول به 04/19 درصد رسيد كه نسبت به سلول مرجع (00/16 درصد) به طور قابل ملاحظه‌اي افزايش و پايداري محيطي اين سلول‌ها نيز بهبود يافت.

213695

تجزيه

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

علي اصغر انصافي

مجيد مقدم، محمد سراجي، اسماعيل حيدري

بهزاد رضايي