26711

ارتقا عملكرد سلول¬هاي خورشيدي پروسكايت مسطح با بهينه¬سازي لايه¬هاي SnO2و SnS2به عنوان لايه¬هاي انتقال دهنده الكترون

دكتري

فيزيك

1394

1400/12/08

محمد رضا زماني

فيزيك

لايه انتقال دهنده الكترون نقش مهمي در عملكرد سلول هاي خورشيدي پروسكايتي بازي مي¬كند. اخيرا، SnO2 يه عنوان لايه ي انتقال دهنده الكترون بدليل خواص اپتو الكتريك عالي مورد توجه قرار گرفته است. دراين راستا، در اين پروژه به بررسي و بهينه سازي لايه SnO2 به عنوان لايه انتقال دهنده الكترون در سلول خورشيدي پروسكياتي پرداختيم و اهميت فرايند اصلاح سطحي SnO2 تحت يو وي اوزون به مدت 25 دقيقه را گزارش كرديم. ترشوندگي SnO2 اصلاح شده با يو وي اوزون به خوبي با حلال قطبي محلول پروسكايت مطابقت دارد و منجر به پوشش كامل بستر مي شود. به منظور بهبود عملكرد سلول هاي خورشيدي، SnO2 اصلاح شده با آمونيوم كلريد و آمونيوم فلوريد به روش محلولي در دما پايين پرداختيم. در مقايسه با SnO2 خالص، منحني i-v و طيف طيف عبور رسانندگي بهتر لايه ي اصلاح شده بدون كاهش خاصيت عبور را نشان دادند. SnO2 هاي اصلاح شده مي¬توانند در فصل مشترك SnO2/perovskite انتقال الكترون را افزايش و فرايند بازتركيب را كاهش دهند، همچنين منفعل كردن تله هاي الكتروني منجر به بهبود عملكرد سلول خورشيدي پروسكايت مي شود. از طريق روش هاي بهينه سازي، بهترين ديوايس بر پايه SnO2 اصلاح شده با NH4F بازدهي 62/18% با ولتاژ مدار با 08/1 ولت و چگالي جريان83/21 ميلي آمپر بر سانتيمتر مربع و فاكتور پر شدگي 80/0 را نشان مي¬دهد در حالي كه سلول بر پايه SnO2 خالص، بازدهي 47/14% و ولتاژ مدار باز 09/1 ولت و چگالي جريان 82/19 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع و فاكتور پرشدگي 62/0 را دارد. بنابر اين ، SnO2 اصلاح شده با غلظت مناسب NH4F كانديد مناسبي به عنوان لايه انتقال دهنده الكترون براي ساخت سلول خورشيدي پروسكايتي در دماي پايين مي¬باشد. ضمنا، SnS2 ها به عنوان مواد لايه اي مناسب، با خواص االكتريكي و جذب نور مريي عالي مورد توجه هستند. بر پايه اين خواص ، ما به استفاده از روي سولفيد قلع (SnS2) پوشش داده شده با روش چرخشي به عنوان لايه انتقال دهنده الكترون با دو منبع مختلف تيوره (TU) و تيواستاميد (TAA)، (SnS2 (TU) و SnS2¬(TAA)) تمركز شديم. بهترين نتايج مربوط به نمونه‌هاي داراي SnS2(TU) به‌عنوان لايه انتقال دهنده الكترون كه با TAA اصلاح شده بود كه بازده تبديل توان از 98/11٪ در SnS2(TU) به 14/15٪ براي SnS2¬(TU)-TAA ارتقاء يافت (با 37٪ افزايش در بازدهي).

1401/04/14

Investigation and fabrication of planar perovskite solar cells by optimization of SnO2 , SnS2 layers as electron transporing layers

2/27/2023 12:00:00 AM

The electron transport layer (ETL) plays an important role in determining the device performance of perovskite solar cells (PSCs). Recently, SnO2 has been used extensively as an ETL due to its many outstanding optoelectronic properties. Therefore, in this project, we investigated and optimized the SnO2 layer as the electron transport layer in the perovskite solar cell. We reported that UVO treatment for 25 minutes is an important process to improve PSCs based on SnO2 ETL performance.The wettability of UVO treated SnO2 is well-matched with the polar solvent of the perovskite solution, leading to complete coverage of the substrate. To improve the function of solar cells, we investigated SnO2 treatment by NH4F and NH4Cl as an ETL in a low-temperature solution process. In contrast to pure SnO2, the I-V curve and transmittance spectra show a significant conductivity improvement of treated SnO2 without declining the light transmittance property. Meanwhile, treated SnO2 could increase the electron transfer and decrease the recombination probability at the SnO2/perovskite interface, as well as passivate the electron traps, leading to the improvement in the PSC performance. Through a series of optimization methods, the best device based on NH4F treated SnO2 shows a power conversion efficiency (PCE) of 18.62%, with an open-circuit voltage (VOC) of 1.08 V, a short-circuit current density (JSC) of 21.83 mA/cm2, and a fill factor (FF) of 0.80 while pure SnO2 has a PCE of 14.47%, a Voc of 1.09 V, a Jsc of 19.82 mA/cm2, and a FF of 0.67. Therefore, SnO2 treatment with a suitable NH4F content is a promising candidate as an ETL for fabricating high-efficiency PSCs via the low-temperature process. Meanwhile, SnS2 is considered one of the promising layered materials with excellent visible light absorption and electrical properties. Based on the properties of SnS2, we focused on the spin-coated tin (IV) sulfide (SnS2) as ETL with two different sulfur sources, thiourea (TU) and thioacetamide (TAA), (SnS2(TU) and SnS2(TAA))and investigated the effects of surface passivation of ETLs with TU and TAA. SnS2¬(TU)-TAA ETL exhibits a better energy alignment with the perovskite layer and improved electron mobility, which will promote efficient electron transfer at the interface. The best results were related to the samples with the ETL as SnS2(TU) passivated with TAA (SnS2(TU)-TAA) in which the power conversion efficiency (PCE) promoted from 11.98% in the case of SnS2(TU) ETL to 15.14% in SnS2(TU)-TAA ETL (with a 37% increase in PCE).

سلول خورشيدي پروسكايتي مسطح ، لايه انتقال الكترون، دي اكسيد قلع،آمونيوم فلورايد، آمونيوم كلرايد، سولفيد قلع

perovskite solar cell planar, electron transport layer, ¬SnO2, treatment, NH4F, NH4Cl, SnS2

razieh keshtmand

mohammad reza zamani