Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Mehdi Amirnasr,Ahmad KermanPour
محمدحسين فتحي (استاد راهنما) مهدي اميرنصر (استاد مشاور) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Elham Halvani Anaraki
الهام حلواني انارکي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Development and Improvement of the Planar Nanostructured Perovskite Solar Cells based on SnO2 Electron Transport Layers
Here, we propose a simple, solution-processedtechnological approach to high efficiency tin oxide –based planar perovskitesolar cells (PSCs) with a stabilized power conversion efficiency (PCE) close to21%. In addition, this method yielded remarkable open circuit voltages (V OC )of 1214 mV at a band gap of 1.62 eV confirming the high selectivity of thesolution-processed layers. PSCs aged under 1 sun illumination and maximum powerpoint tracking (MPPT) showed a final PCE of 20.7% after ageing,up from the pre-aged measurement of 20.4%. This approach represents an advancement in the understanding of the roleof electron selective layers (ESLs) on the efficiency and stability of PSCs. We alsoinvestigate (0, 1, 5 and 10 mol.%) Nb-doping of chemical bath deposited SnO 2 and its effect on compositional, structural, optical and electrical propertiesas electron selective layer used in planar-structured PSCs. ESLs with anoptimum 5 mol.% Nb-doping yielded, on average, an improvement of all the devicephotovoltaic parameters with a champion PCE of 20.5% (20.1% stabilized). Dopingchanges carrier concentration at 5 mol.% Nb translating into low device seriesresistance (R s ) in both forward and backward scans, and reducinghysteresis behaviour.
پربازده­ترينسلول­هاي خورشيدي پروسکايتي (با بيشينه بازده تبديل توان 1/22 % ) به طور عمده با استفادهاز لايه­هاي دي­اکسيد­تيتانيوم مزومتخلخل (با ضخامت تقريبي 200 نانومتر) به عنوانماده انتقال ­دهنده الکترون ساخته مي­شوند. نياز به کلسينه کردن تيتانيا در دماهايبالا (400)مانعي براي صرفه اقتصادي ساخت و کاربرد اين سلول­ها بر زيرلايه­هاي حساس به دمايبالا است. از سال 2013 ميلادي سلول­هاي پروسکايتي مسطح با حذف لايه مزومتخلخل وجايگزيني آن با لايه­نازک فشرده اکسيدفلزي (خالص و يا آلاييده­شده) در جهت ساده­سازيفرايند ساخت و قابليت توسعه به مقياس­هاي بزرگ­تر توليد مورد توجه قرار گرفتند. دي­اکسيدقلع(SnO 2 ) پتانسيلخوبي جهت جايگزيني تيتانيا به ويژه در ساختار مسطح نشان داده است. بالاترين بازده پايدارشده در سلول­هاي مسطح مبتني بر SnO 2 در زمان آغاز رساله حاضر (4/18 %)مربوط به لايه SnO 2 حاصلاز روش لايه­نشاني اتمي بود که روشي گرانقيمت و مناسب براي مقياس­هاي کوچک توليدآزمايشگاهي محسوب مي­شود. هدف اصلي اين رساله ساخت لايه­هاي انتقال­دهنده الکترون SnO 2 با استفاده از روش­هاي محلولي نظيرلايه­نشاني چرخشي در دماي کم (180?) جهت کاربرد در سلول­هاي مسطح با ساختار کلي FTO/SnO 2 /Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au و نيز بررسي تأثير آلايش لايه SnO 2 با غلظت­هاي مختلف عنصر نئوبيوم بر خصوصيات اپتوالکترونيکي اين لايه و کاراييسلول مبتني برآن است. استفاده از اين روش در تهيه SnO 2 (با ضخامت کم­تر از nm 40) براي نخستين بار در سلول­هاي مسطح شامل جاذب نور پروسکايتي سه­کاتيوني(متيل­آمونيوم/فرماميدينيوم/سزيم) دستيابي به بازده 5/19 % را در رساله حاضر امکانپذيرساخت که در مقايسه با بازده 1/21 % گزارش­شده براي سلول مزومتخلخل مشابه مبتني برتيتانيا (450) رقم قابل توجهي است. با اين­وجود بيش از 40% از سلول­هاي فوق شانت شده و ناکارامد بودند. با انجام تريتمنت به روش رسوب ازحمام شيميايي (180?) بر سطح فيلم ابتدايي SnO 2 لايه SnO 2 دومي تشکيل شد که با رفع نواقص وحفرات سوزني احتمالي موجود منجر به بهبود قابليت سدکنندگي لايه ابتدايي و در نتيجهکاهش احتمال وقوع شانت در سلول تا 8 % شد. همچنين با انجام تريتمنت مقادير ميانگينو تکرارپذيري متغيرهاي فتوولتاييکي سلول، مقاومت سري و پسماند جريان-ولتاژ آنبهبود يافت و قابليت حصول بازده پايدارشده به بزرگي 8/20 % فراهم آمد. همچنبن درسلول­هاي تريتمنت­شده ولتاژ مدارباز قابل­توجه (214/1 ولت) نزديک به حدترموديناميکي حاصل شد و اين سلول­ها علاوه بر حفظ حدود 82 % بازده اوليه طي 60ساعت آزمون پايداري تحت تابش استاندارد نور خورشيد، قابليت فوق­العاده­اي دربازسازي بازده اوليه نشان دادند. بهينه­سازي غلظت حمام شيميايي منجر به ساخت سلولمسطح با بازده پايدارشده به بزرگي 2/19 % شد که در آن از لايه SnO 2 حاصل از تريتمنت به عنوان تنها لايه انتقال­دهنده الکترون استفاده شد. دراين سلول­ها آلايش لايه SnO 2 خالص با غلظت بهينه 5 % مولينئوبيوم منجر به بهبود مقادير و تکرارپذيري متغيرهاي فتوولتاييکي، حصول کمترينمقدار مقاومت سري، بيشينه مقدار فاکتور پرشدگي (74/0)، کم­ترين مقدار پسماندجريان-ولتاژ و افزايش بازده از 19 % به1/20 % در پربازده­ترين سلول شد. به­هرحال افزايشغلظت دوپانت نئوبيوم به مقادير فراتر از 5 % مولي با تضعيف کيفيت پوشش سطح لايه SnO 2 در فصل مشترک با پروسکايت همراهبود و به افت مقدار ولتاژ مدار باز و در پي آن کاهش بازده سلول انجاميد. بدين­ترتيبدر اين رساله با کاربرد روش­هاي محلولي که در مقايسه با روش لايه­نشاني اتمي ساده،مقرون­به­صرفه و قابل دسترس براي طيف وسيع­تري از آزمايشگاه­هاي تحقيقاتي هستند رکوردجديدي از ولتاژ مدارباز و بازده سلول­هاي پروسکايتي مسطح به دست آمد. بهبود قابليتتکرارپذيري ساخت سلول، پايداري قابل قياس با همتاي مزومتخلخل و نيز بهبود پسماند درمقايسه با سلول­هاي مسطح مشابه از دستاوردهاي مهم اين پژوهش­اند. همچنين آلايش SnO 2 با نئوبيوم بدون نياز به فرايندهاي رايج دمابالا و با حذف روش لايه­نشانيچرخشي به روشي ساده، کم­دما و قابل توسعه به مقياس­هاي بزرگ­تر توليد انجام شد و بهعنوان راهکاري مؤثر در افزايش تکرارپذيري و بهبود متغيرهاي فتوولتاييک (به ويژهفاکتور پرشدگي) در سلول­هاي مسطح مبتني بر SnO 2 عملنمود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی