Skip to main content
SUPERVISOR
محمدرضا واعظي جزه (استاد مشاور) محمدرضا طرقي نژاد (استاد راهنما) علي سعيدي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Masoud Khosravi
مسعود خسروي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
(The compacted layer of titanium dioxide (TiO 2 ) doped by different percentages of aluminum was used in perovskite solar cell as the electron conducting layer and the effect of aluminum doping content on the properties of the fabricated cell was investigated. The compacted TiO 2 layer which doped by different amounts of aluminum was coated on the FTO substrate by two methods of spray pyrolysis with different thicknesses and spin coating. Using X-ray diffraction (XRD), ultraviolet (UV-Vis) spectroscopy, photoluminescence (PL), Field emission scanning electron microscopy (FESEM) and atomic force microscopy (AFM), four-point probe and electrochemical analysis, the structural, optical, microscopic and electrical properties of titania layers were investigated respectively. XRD results showed that by increasing aluminum content (from 0 to 5 mol%), the crystallite size and the crystalline plane distance were decreased while the TiO 2 lattice strain was increased. It was also found that increasing Al dopant level (from 0 to 5%), leads to decrease TiO 2 (011) peak intensity while diffraction intensity of TiO 2 (024) plane increases. Also the optical band gap energy of TiO 2 thin films exhibits a blue shift from 3.41 to 3.49 ev by incteasing in Al content, while the traarency, refractive index, grain size and surface roughness of TiO 2 layers were decreases. The results of the four-point probe and Mott-Schottky analysis did not show a marked change in electrical properties of TiO 2 layers by adding Al dopant, but the photoluminescence analysis showed that by increasing the Al amount from 0 to 1 %, the crystalline defects density were decreased while it was enhanced by further increasing in Al amount from 1 to 5 %. The results of current-voltage characteristics and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the amount of Al content affects the photovoltaic properties of perovskite cells directly, so that by increasing the concentration of aluminum from zero to 1%, the open circuit voltage (V oc ), short-current density (Jsc) and cell efficiency were increased. Further increasing in Al amount from 1 to 5% caused a decrease in these values. Thus the cell made using a TiO 2 layer doped by 1% aluminum has the best photovoltaic characteristics among all the cells. This cell also has the lowest series resistance and the highest shunt resistance. The optimal thickness of the TiO 2 compact layer (which doped by 1% Al content) was measured at 60 nm. It was revealed that the cell which was made by spin coating method (TiO 2 compact layer) relatively has a better performance (8.81%) than the cell was made by spray pyrolysis method (8.61%). The perovskite layer was prepared by four methods of one-step, spin coating- spin coating, spin coating –dip coating and spin coating -physical vapor deposition (PVD). The best performance and stability of the layer is related to the layer which prepared by the spin coating -PVD method. The cell which made by the spin coating– dip coating in 15 mg/ml methyl ammonium iodide (MAI) solution was given the best performance compared to other cells (the cells which made by the same method and immersed in MAI solution with other concentrations ). It was also found that using of hole traort layer (HTM) not only improves the cell efficiency, but also significantly increases cell stability.
لايه فشرده دي اکسيد تيتانيوم (TiO 2 ) آلاييده با درصدهاي مختلف آلومينيوم، در سلول خورشيدي پروسکايتي به عنوان لايه هدايت کننده الکترون مورد استفاده قرار گرفت و اثر غلظت آلايش آلومينيوم بر خصوصيات سلول ساخته شده بررسي گرديد. لايه فشرده تيتانيا آلاييده با مقادير مختلف آلومينيوم، روي زيرلايه رسانا FTO به دو روش اسپري پيروليز با ضخامت هاي مختلف و پوشش دهي چرخشي پوشش دهي شد. با استفاده از آزمون هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، طيف سنجي فرابنفش- مرئي (UV-Vis)، بيضي سنجي و طيف سنجي فتولومينسانس (PL)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي ميداني (FESEM) و ميکروسکوپ نيروي اتمي (AFM)، پروب چهار نقطه اي و دستگاه تست الکتروشيميايي به ترتيب خواص ساختاري، نوري، ميکروسکوپي و الکتريکي لايه هاي تيتانيا مورد بررسي قرار گرفت. نتايج XRD نشان داد که با افزايش آلايش آلومينيوم (از 0 تا 5 درصد مولي) اندازه بلورک هاي لايه کاهش پيدا مي کند و فاصله بين صفحات کريستالي و کرنش شبکه اي لايه تيتانيا به ترتيب کاهش و افزايش مي يابد. همچنين مشخص گرديد که آلايش لايه تيتانيا با آلومينيوم، باعث افزايش شدت پيک (024) و کاهش شدت پيک (020) مي شود. همچنين با افزايش آلايش آلومينيوم، مقدار گاف انرژي و ضخامت لايه ها افزايش ولي ميزان شفافيت، ضريب شکست، اندازه دانه ها و زبري سطح کاهش پيدا مي کند. نتايج حاصل از آزمون پروب چهار نقطه اي و موت- شاتکي، تغيير خواص الکتريکي مشخصي را در اثر آلايش لايه تيتانيا با آلومينيوم نشان نداد، ولي نتايج آزمون فتولومينسانس مشخص کرد که ميزان نواقص بلوري در ابتدا با افزايش آلايش آلومينيوم تا 1%، کاهش يافته ولي با افزايش بيشتر غلظت تا 5% افزايش مي?يابد. نتايج آزمون جريان- ولتاژ و امپدانس الکتروشيميايي (EIS) نشان داد که ميزان آلايش آلومينيوم به صورت مستقيم بر خواص فوتوولتائيک سلول هاي پروسکايتي تاثيرگذار است، به گونه اي که با افزايش غلظت آلومينيوم از صفر به 1%، ولتاژ مدار باز (V oc )، چگالي جريان کوتاه (J sc ) و بازده سلول افزايش يافته در حالي که با افزايش بيشتر مقدار آلومينيوم از 1 به 5% اين مقادير کاهش پيدا مي?کنند و سلول ساخته شده با 1% مولي آلومينيوم داراي بهترين عملکرد مي باشد؛ همچنين اين سلول داراي کمترين مقاومت سري و بيشترين مقاومت شانت نيز مي باشد. ضخامت بهينه لايه فشرده تيتانيا با 1% آلومينيوم برابر 60 نانومتر اندازه گيري شد. سلول ساخته شده با لايه تيتانياي چرخشي، عملکرد نسبي بهتري (81/8%) از سلول با لايه تيتانياي اسپري پيروليز شده (61/8%) دارد. لايه پروسکايت با چهار روش تک مرحله اي، چرخشي- چرخشي، چرخشي- غوطه وري و چرخشي- تبخير فيزيکي تهيه شد که بهترين عملکرد و پايداري مربوط به لايه تهيه شده به روش چرخشي- تبخير فيزيکي مي باشد. سلول ساخته شده به روش دو مرحله اي چرخشي- غوطه وري در محلول mg/ml 15 بهترين عملکرد را به نسبت ديگر سلول ها (سلول هاي ساخته شده با همان روش و غوطه ور در محلول MAI با غلظت هاي ديگر) از خود نشان داد. همچنين مشخص شد که استفاده از لايه انتقال دهنده حفره (HTM) نه تنها باعث بهبود بازدهي و عملکرد سلول مي شود، بلکه پايداري سلول را نيز به مقدار قابل توجهي زياد مي کند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی