عنوان
مطالعه اصول اوليه روي خواص ساختاري، الكترونيكي و نوري پروسكايت-هاي هاليد هيبريد آلي- معدني با كاتيون‌هاي مختلف
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
با توجه به اثرات گرمايش جهاني و افزايش سريع تقاضاي انسان براي انرژي، استفاده از منابع انرژي سنتي مبتني بر سوخت‌هاي فسيلي بايد محدود شود. انرژي‌هاي تجديدپذير و پاك مانند انرژي خورشيدي يكي از اميدواركننده‌ترين، فراوان‌ترين و جذاب‌ترين منابع براي كاهش سوخت‌هاي فسيلي در آينده هستند. براي تبديل صحيح انرژي خورشيدي به الكتريسيته، رويكردهاي فتوولتائيك مختلفي توسعه داده شده است. اگرچه رايج‌ترين ماده نيمه‌هادي مورد استفاده در سلول‌هاي خورشيدي سيليكون است، اما به دليل كارايي نسبتاً كم و هزينه بالا و پيچيدگي فرآيند توليد، دانشمندان هميشه به‌دنبال مواد جايگزين و جديد براي سلول‌هاي خورشيدي فتوولتائيك هستند. اخيراً گروه جديدي از سلول‌هاي خورشيدي كارآمد مبتني بر مواد هاليد پروسكايت نتايج قابل توجهي را در مدت زمان بسيار كوتاه نشان داده‌اند. با ظهور سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي (PSC) در چند سال گذشته، فرصت‌هاي زيادي براي سلول‌هاي خورشيدي جديد با راندمان بالاتر در مقايسه با نوع سيليكوني آن‌ها باز شده است. اگرچه پروسكايت‌هاي سرب هاليد نيمه‌هادي‌هاي عالي براي كاربردهاي فتوولتائيك هستند، اما از نظر شيميايي در برابر آب، اكسيژن و دماي بالا و هم‌چنين نور UV ناپايدار هستند. يكي از چالش‌هاي پيش روي پروسكايت‌هاي هيبريدي، ناپايداري آن‌ها به‌دليل چرخش و جهت‌گيري سريع كاتيون‌هايCH3NH3+ (MA) و برهم‌كنش آن‌ها با چارچوبPb-I در دماهاي بالا است. با توجه به اهميت به‌كارگيري ساختارهاي پروسكايتي در نسل جديد سلول‌هاي خورشيدي، مطالعه بر روي خواص ساختاري، الكترونيكي و نوري اين ساختارها ضروري به‌نظر مي¬رسد. بنابراين، با تمركز بر جايگزيني كاتيون سايت A، ساختارهاي بلوري پروسكايتي مانند FPbI3، AcPbI3، UPbI3 و فرم‌هاي رزونانس آن‌ها را معرفي مي‌كنيم. در مسير توسعه‌ي آن، استفاده از روش‌هاي نظري كه پيش‌بيني خواص ماده در زمان و هزينه كمتر را امكان‌پذير مي‌سازند، بسيار ارزشمند است. ما در اين پژوهش، تأثير تغييركاتيون آلي را به روش نظري مورد مطالعه قرار داديم. محاسبات با استفاده از روش امواج تخت تقويت شده خطي با پتانسيل كامل در چارچوب نظريه تابعي چگالي هوهنبرگ، كوهن و شم با تقريب شيب تعميم‌يافته به كمك كد Wien2kانجام شد. پارامترهاي الكترونيكي و اپتيكي همراه با راندمان جذب نور پروسكايت AcPbI3 طراحي شده با تركيب نظريه تابعي چگالي (DFT) و شبيه‌ساز خازني سلول خورشيدي (SCAPS-1D) بررسي و با كاتيون MA مقايسه شد. نتايج نشان داد كه پروسكايت پيشنهادي براي كاربردهاي بلادرنگ در فناوري سلول‌هاي خورشيدي تك‌اتصالي و/يا پشت‌سرهم به‌دليل شكاف نواري مطلوب (Eg= 1.63 eV)، جذب نور خوب، اندازه كاتيون‌هاي آلي و فقدان چرخش كاتيون از طريق رزونانس مناسب است.
شماره ركورد
232155
دانشگاه
دانشگاه اصفهان
استاد مشاور
دكتر ايرج محمدپور بلترك , دكتر جواد نعمت اللهي
رشته تحصيلي
شيمي - معدني
استاد راهنما
دكتر ولي‌الله ميرخاني , دكتر مجيد مقدم , دكتر شهرام تنگستاني‌نژاد