Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Mehdi Amirnasr,Ahmad KermanPour
محمدحسین فتحی (استاد راهنما) مهدی امیرنصر (استاد مشاور) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Elham Halvani Anaraki
الهام حلوانی انارکی

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.
پربازده­ترینسلول­های خورشیدی پروسکایتی (با بیشینه بازده تبدیل توان 1/22 % ) به طور عمده با استفادهاز لایه­های دی­اکسید­تیتانیوم مزومتخلخل (با ضخامت تقریبی 200 نانومتر) به عنوانماده انتقال ­دهنده الکترون ساخته می­شوند. نیاز به کلسینه کردن تیتانیا در دماهایبالا (400)مانعی برای صرفه اقتصادی ساخت و کاربرد این سلول­ها بر زیرلایه­های حساس به دمایبالا است. از سال 2013 میلادی سلول­های پروسکایتی مسطح با حذف لایه مزومتخلخل وجایگزینی آن با لایه­نازک فشرده اکسیدفلزی (خالص و یا آلاییده­شده) در جهت ساده­سازیفرایند ساخت و قابلیت توسعه به مقیاس­های بزرگ­تر تولید مورد توجه قرار گرفتند. دی­اکسیدقلع(SnO 2 ) پتانسیلخوبی جهت جایگزینی تیتانیا به ویژه در ساختار مسطح نشان داده است. بالاترین بازده پایدارشده در سلول­های مسطح مبتنی بر SnO 2 در زمان آغاز رساله حاضر (4/18 %)مربوط به لایه SnO 2 حاصلاز روش لایه­نشانی اتمی بود که روشی گرانقیمت و مناسب برای مقیاس­های کوچک تولیدآزمایشگاهی محسوب می­شود. هدف اصلی این رساله ساخت لایه­های انتقال­دهنده الکترون SnO 2 با استفاده از روش­های محلولی نظیرلایه­نشانی چرخشی در دمای کم (180?) جهت کاربرد در سلول­های مسطح با ساختار کلی FTO/SnO 2 /Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au و نیز بررسی تأثیر آلایش لایه SnO 2 با غلظت­های مختلف عنصر نئوبیوم بر خصوصیات اپتوالکترونیکی این لایه و کاراییسلول مبتنی برآن است. استفاده از این روش در تهیه SnO 2 (با ضخامت کم­تر از nm 40) برای نخستین بار در سلول­های مسطح شامل جاذب نور پروسکایتی سه­کاتیونی(متیل­آمونیوم/فرمامیدینیوم/سزیم) دستیابی به بازده 5/19 % را در رساله حاضر امکانپذیرساخت که در مقایسه با بازده 1/21 % گزارش­شده برای سلول مزومتخلخل مشابه مبتنی برتیتانیا (450) رقم قابل توجهی است. با این­وجود بیش از 40% از سلول­های فوق شانت شده و ناکارامد بودند. با انجام تریتمنت به روش رسوب ازحمام شیمیایی (180?) بر سطح فیلم ابتدایی SnO 2 لایه SnO 2 دومی تشکیل شد که با رفع نواقص وحفرات سوزنی احتمالی موجود منجر به بهبود قابلیت سدکنندگی لایه ابتدایی و در نتیجهکاهش احتمال وقوع شانت در سلول تا 8 % شد. همچنین با انجام تریتمنت مقادیر میانگینو تکرارپذیری متغیرهای فتوولتاییکی سلول، مقاومت سری و پسماند جریان-ولتاژ آنبهبود یافت و قابلیت حصول بازده پایدارشده به بزرگی 8/20 % فراهم آمد. همچنبن درسلول­های تریتمنت­شده ولتاژ مدارباز قابل­توجه (214/1 ولت) نزدیک به حدترمودینامیکی حاصل شد و این سلول­ها علاوه بر حفظ حدود 82 % بازده اولیه طی 60ساعت آزمون پایداری تحت تابش استاندارد نور خورشید، قابلیت فوق­العاده­ای دربازسازی بازده اولیه نشان دادند. بهینه­سازی غلظت حمام شیمیایی منجر به ساخت سلولمسطح با بازده پایدارشده به بزرگی 2/19 % شد که در آن از لایه SnO 2 حاصل از تریتمنت به عنوان تنها لایه انتقال­دهنده الکترون استفاده شد. دراین سلول­ها آلایش لایه SnO 2 خالص با غلظت بهینه 5 % مولینئوبیوم منجر به بهبود مقادیر و تکرارپذیری متغیرهای فتوولتاییکی، حصول کمترینمقدار مقاومت سری، بیشینه مقدار فاکتور پرشدگی (74/0)، کم­ترین مقدار پسماندجریان-ولتاژ و افزایش بازده از 19 % به1/20 % در پربازده­ترین سلول شد. به­هرحال افزایشغلظت دوپانت نئوبیوم به مقادیر فراتر از 5 % مولی با تضعیف کیفیت پوشش سطح لایه SnO 2 در فصل مشترک با پروسکایت همراهبود و به افت مقدار ولتاژ مدار باز و در پی آن کاهش بازده سلول انجامید. بدین­ترتیبدر این رساله با کاربرد روش­های محلولی که در مقایسه با روش لایه­نشانی اتمی ساده،مقرون­به­صرفه و قابل دسترس برای طیف وسیع­تری از آزمایشگاه­های تحقیقاتی هستند رکوردجدیدی از ولتاژ مدارباز و بازده سلول­های پروسکایتی مسطح به دست آمد. بهبود قابلیتتکرارپذیری ساخت سلول، پایداری قابل قیاس با همتای مزومتخلخل و نیز بهبود پسماند درمقایسه با سلول­های مسطح مشابه از دستاوردهای مهم این پژوهش­اند. همچنین آلایش SnO 2 با نئوبیوم بدون نیاز به فرایندهای رایج دمابالا و با حذف روش لایه­نشانیچرخشی به روشی ساده، کم­دما و قابل توسعه به مقیاس­های بزرگ­تر تولید انجام شد و بهعنوان راهکاری مؤثر در افزایش تکرارپذیری و بهبود متغیرهای فتوولتاییک (به ویژهفاکتور پرشدگی) در سلول­های مسطح مبتنی بر SnO 2 عملنمود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی