16113

16113

سنتز، شناسايي و كاربرد نانوذرات پروسكايت در سلول‌هاي خورشيدي

دكتري

شيمي معدني

تيرماه 1395

تيرماه 1395

دكتر شهرآرا افشار - دكتر نيما تقوي نيا

دكتر آزاده تجردي - دكتر فريبا تاج‌آبادي

شيمي

چكيده در سال‌هاي اخير، دسته‌اي از تركيبات هيبريدي آلي- معدني با ساختار بلوري پروسكايتي گسترش پيدا كردند كه در بين آنها نيمهرساناهاي پروسكايتي با تركيب شيميايي CH3NH3PbX3 (X=I, Br, Cl)، توانايي بالايي بهعنوان جاذب نور براي كاربرد در سلولهاي خورشيدي از خود نشان دادند. اين دسته از مواد داراي خواص بينظيري از جمله: ضريب جذب بالا، نوار انرژي قابل تنظيم و فرآيند لايه نشاني محلول هستند. در اين پژوهش، از افزودني‌هاي جديدي براي كنترل ريختشناسي فيلم پروسكايت به روش يك مرحلهاي استفاده شد. اثر آلكيل‌هاي با طول زنجير متفاوت (اتيل و بوتيل)، بر روي ريختشناسي فيلم پروسكايت مورد بررسي قرار گرفت. همچنين تغييرات نوار انرژي با تغيير ريخت شناسي فيلم پروسكايت، بررسي شد. شرايطي را كه در آن ريخت فيلم پروسكايت بدون تغيير در نوار انرژي بهبود مي‌يافت، حاصل شد. در روش لايه نشاني دوراني دومرحله‌اي، ابتدا يك لايه از سرب يديد بر روي لايه مزومتخلخل تيتانيم‌دي‌اكسيد لايه نشاني شد. در مرحله‌ي دوم، اين فيلم در معرض متيل آمونيوم يديد قرار گرفت و پروسكايت تشكيل شد. تشكيل فيلم پروسكايت به زمان بيشتري در مقايسه با روش يك مرحلهاي نياز داشت زيرا متيل آمونيوم بايد به داخل فيلم سرب يديد نفوذ مي‌كرد. كند بودن مرحله دوم (تأخير در تشكيل پروسكايت) به معني تأخير در تبلور و بهبود بلورينگي فيلم پروسكايت است. فرآيند تبديل سرب يديد به پروسكايت، بخش بسيار مهم روش دو‌مرحله‌اي است و بازده فوتوولتاييك را به شدت تحت تاثير قرار ميدهد. به منظور اصلاح ريخت فيلم پروسكايت، از افزودني‌هاي اتيل و بوتيل آمونيوم يديد به محلول متيل آمونيوم يديد استفاده شد. با استفاده از افزودنيها، يك فيلم بهطوركامل يكنواخت حاصل شد. افزودنيها، فرآيند تبلور را تغيير داده و سبب بهبود ريخت شدند. در حقيقت، افزودنيها مانع از بهم پيوستن سريع هشت وجهيها به همديگر در طي فرآيند رشد ميشوند. براي اولين بار يك روش سه مرحلهاي براي كنترل ريخت و بهبود بلورينگي فيلم پروسكايت معرفي شد. در مرحله‌ي اول، فيلم سرب يديد با لايه نشاني دوراني محلول سرب يديد در حلال ديمتيلفرماميد لايه نشاني شد. مرحله‌‌ي دوم شامل واكنش بين فيلم با كاتيون هاي بلند زنجير (بوتيل آمونيوم يديد) به‌جاي متيل آمونيوم يديد بود كه باعث تشكيل يك حد واسط با ساختارپروسكايت ميشد. در مرحله آخر جايگزين شدن متيل آمونيوم يديد با كاتيون بلند زنجير با سرعت واكنش كمتري انجام ميشد و منجر به بلورينگي بالا و بهبود ريخت فيلم پروسكايت ميشد. در نهايت، 15% بهبود در بازدهي نسبت به روش دومرحلهاي حاصل گرديد. روش لايه نشاني تك‌مرحله‌اي با استفاده از روش ضدحلال هم در اين پروژه مورد بررسي قرار گرفت. با اين روش براي نخستين بار به يك روش موثر و ساده براي سنتز نانوبلورهاي پروسكايتي يكنواخت و در اندازه بزرگ، دست يافته شد. نتايج آشكار كرد كه نقره يديد سبب اصلاح شبكه بلوري شده است و بلورينگي و رسانايي فيلم پروسكايتي را بطور چشمگيري بهبود بخشيده است و بازده فوتوولتاييك را به ميزان 30% در ساختار معكوس افزايش داده است ولي در ساختار نرمال اثر منفي بر روي بازدهي دارد. روش لايه نشاني بازپخت حلال باعث شد كه لايه در مقدار كمي حلال دوباره متبلور شود و رشد بلوري كل لايه به‌صورت هم‌زمان و به‌آرامي اتفاق ‌افتد كه افزون بر اصلاح ريخت سطح، باعث رشد بلوري يكنواخت در كل حجم لايه شد. از بين روش‌هاي لايه نشاني مختلف، از روش سه مرحله‌اي بزرگ‌ترين اندازه بلوري به به دست آمد چون رشد بلوري در زمان طولاني‌تري اتفاق مي‌افتاد ولي روش يك مرحله‌اي با استفاده از روش باز پخت حلال يكنواخت‌ترين فيلم را به دست داد. واژه‌هاي كليدي: سلول‌هاي خورشيدي، پروسكايت‌هاي هيبريدي آلي- معدني، فرآيند لايه نشاني محلول، فيلم نازك

1395/09/20