بررسی اثر تبلور ضد حلال بر عملکرد سلولهای خورشیدی پروسکایتی

سلولهای خورشیدی پروسکایتی به دلیل بازده بالا قابلیت تنظیم شکاف انرژی و امکان تولید به روش های کم هزینه یکی از امیدبخش ترین فناوری ها در نسل جدید ادوات فتوولتائیک، هستند اما کیفیت لایه فعال آنها به شدت تحت تاثیر فرآیند بلورینگی قرار دارد و کنترل این فرآیند برای دستیابی به جذب نوری مطلوب کاهش بازترکیب حامل ها و جلوگیری از تخریب ساختار ضروری است [۳-۱]. هدف این پژوهش، بررسی نظام مند تاثیر عملیات ضدحلال بر ریزساختار بلورینگی و خواص نوری لایه پروسکایتی هالید آلی-معدنی سه کاتیونه ۱۷۳.CS۰.۰۵FA۰.۸۳MA۰.۱۷۰.۹۵Pb(I۰.۸۳Br۰ به است که بر فتوآندهای مبتنی بر SnO۲ نشانده شد. برای این منظور سه ضدحلال اتیل استات، کلروبنزن و دی اتیل اتر در سه مقدار ۲۰۰، ۲۵۰ و ۳۰۰ میکرولیتر و سه زمان تزریق ۵، ۱۰ و ۱۵ ثانیه در فرآیند لایه نشانی چرخشی اعمال گردید و اثر ترکیب پارامترها بر کیفیت لایه ارزیابی شد.[۴] آزمون UV-Vis نشان داد که کیفیت جذب نوری به طور مستقیم با میزان یکنواختی و تراکم دانه ها مرتبط است؛ به طوری که نمونه های حاصل از کلروبنزن (CB) در میزان ۲۵۰ میکرولیتر و زمان ۱۰ ثانیه بیشترین جذب را در ناحیه مرئی و انرژی شکاف تقریبا ثابت ۱.۶ الکترون ولت نشان دادند در حالی که نمونه های فاقد ضدحلال و نمونه های تهیه شده با اتیل استات (EA) و دی اتیل اتر (DEA) جذب ضعیف تر و لبه جذب پهن تر داشتند که نشان دهنده حضور نقص های ساختاری و تله های غیرتابشی است. تحلیل طیف فتولومینسانس (PL) بیانگر آن بود که شدت نشر نمونه بهینه (۱۰/۲۵۰ CB) به طور قابل توجهی بالاتر از سایر نمونه هاست که کاهش مراکز بازترکیب و کیفیت بالاتر تبلور را تایید می کند. تصاویر FE-SEM سطح و مقطع نمونه ها نشان داد که میانگین اندازه دانه ها، تراکم و پیوستگی فیلم در نمونه های کلروبنزن افزایش یافته و حفرات و ترک ها به حداقل رسیده اند، در حالی که لایه های حاصل از EA و DEA دارای نواحی خالی و آرایش نامنظم دانه ها بودند. ضخامت لایه در نمونه بهینه حدود ۰.۵ میکرون اندازه گیری شد و ساختاری یکنواخت و پیوسته ایجاد شد که برای انتقال موثر حامل ها ضروری است. نتایج XRD نمونه ۱۰/۲۵۰ نشان دهنده پیک های تیزتر و شدت بالاتر در مقایسه با نمونه بدون ضدحلال بود که علاوه بر افزایش اندازه دانه، کاهش کرنش شبکه ای و حذف فازهای نامطلوب را تایید می کند. مجموعه این نتایج نشان می دهد که کلروبنزن با مقدار ۲۵۰ میکرولیتر و زمان تزریق ۱۰ ثانیه بهترین تعادل بین سرعت حذف حلال، کنترل هسته زایی و رشد کریستالی را ایجاد کرده و به تشکیل لایه ای با بلورینگی بالا، نقص کمتر، جذب قوی تر و بازترکیب پایین تر منجر می شود. بنابراین شرایط بهینه ارائه شده در این پژوهش می تواند به عنوان یک مسیر راهبردی برای تولید لایه های جاذب مناسب در سلول های خورشیدی پروسکایتی استفاده شود و گامی موثر در جهت افزایش بازده، پایداری عملیاتی و کاهش حساسیت این سلول ها نسبت به رطوبت و ناپیوستگی های ساختاری باشد [۵] CB

کلیدواژه ها:

سلولهای خورشیدی ، پروسکایتی ، عملیات ضد حلال کلروبنزن (CB) ، ریزساختار و بلورینگی ، خواص نوری لایه جاذب پروسکایت