طراحی و ساخت سلول های خورشیدی پروسکایتی پربازده و ارزان قیمت نانوساختار
محور پژوهش
انرژی های نو
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی مواد
حوزه پژوهش
انرژی خورشیدی
عنوان
طراحی و ساخت سلول های خورشیدی پروسکایتی پربازده و ارزان قیمت نانوساختار
هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه
: در پژوهش حاضر، یک روش ساده و کم‌دما جهت ساخت لایه انتقال‌دهنده الکترون به عنوان عاملی مهم در جهت دستیابی به بازده و پایداری بالاتر سلول‌های خورشیدی پروسکایتی مسطح توسعه داده شده است. در این راستا فیلم‌های نازک از جنس دی‌اکسیدقلع و دی‌اکسیدقلع آلاییده شده با نئوبیوم با روش‌های مبتنی بر فاز محلول و کم‌دما شامل لایه‌نشانی چرخشی، رسوب‌دهی حمام شیمیایی و نیز ترکیبی از روش‌های فوق ساخته شده و کارایی آن‌ها برای نخستین بار در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی مسطح به عنوان لایه انتقال الکترون مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور از روش‌های مشخصه‌یابی مختلف نظیر میکروسکوپی الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، طیف‌سنجی فتوالکترون پرتو ایکس، ولتامتری چرخه‌ای و اندازه‌گیری جریان-ولتاژ استفاده شده است. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها این پژوهش با همکاری صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور انجام شده است. نتایج حاصل نشان داد که سلول‌های ساخته شده در این پژوهش طی 60 ساعت آزمون پایداری، بیش از 82% از بازده اولیه‌شان را همچنان حفظ نمودند. همچنین به طرز شگفت‌انگیزی این سلول‌ها پس از پیرسازی تحت تابش و تنها پس از 8 ساعت ذخیره در محل تاریک تحت جریان هوای خشک بازده 7/20% را نشان دادند که حتی بالاتر از مقدار بازده آن‌ها پیش از پیرسازی (4/20%) می‌باشد. همچنین کاربرد غلظت بهینه‌ای از آلاینده نئوبیوم دسترسی به سلول‌های مسطح با بازده و تکرارپذیری ساخت بالاتر و رفتار پسماند جریان-ولتاژ بهبودیافته را امکان‌پذیر نمود. لایه انتقال‌دهنده الکترون دی‌اکسیدقلع با غلظت 5% مولی آلاینده نئوبیوم منجر به حداقل مقدار میانگین مقاومت سری در سلول پروسکایتی مسطح مربوطه در مقایسه با سلول‌های آلاییده‌شده با غلظت‌های 0، 1 و 10 % مولی نئوبیوم شد. آلایش لایه انتقال‌دهنده الکترون دی‌اکسیدقلع با 5% مولی آلاینده نئوبیوم در مقایسه با لایه دی‌اکسیدقلع خالص باعث بهبود مقدار میانگین ولتاژ مدار باز، جریان مدار کوتاه، فاکتور پرشدگی و در نتیجه افزایش بازده تبدیل توان سلول‌های خورشیدی پروسکایتی مربوطه از 05/18 به 92/18% شد. همچنین میزان تغییرپذیری این متغیرها پس از آلایش با 5 % مولی نئوبیوم کاهش پیدا کرد. تصویری از سلول خورشیدی طراحی و ساخته شده:


شکل 1- (الف) تصویر ثبت شده سلول آزمایشگاهی دو پیکسلی با مساحت سطح فعال mm2 25 برای هر پیکسل، (ب) تصویر برش عرضی میکروسکوپی الکترونی روبشی با خط مقیاس معادل nm 200 و (ج) شماتیک اجزای مختلف سلول خورشیدی پروسکایتی مسطح.