نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ماده چگال تجربی، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

4 استاد/دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

5 دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

10.30501/jamt.2021.225445.1084

چکیده

در سلول های خورشیدی پروسکایتی (PSCs)، تخلیه مؤثر الکترون ها و کاهش بازترکیب زوج های الکترون-حفره در فصل مشترک لایه انتقال دهنده الکترون (ETL)/پروسکایت برای دستیابی به عملکرد بالاتر ضرورتی است. در این پژوهش اثر حضور یک لایه بسیار نازک اکسید فلزی با ضخامت کمتر از ۱۰ نانومتر بر روی ETL اصلی با ضخامت ۵۰ نانومتر در بهبود عملکرد فتوولتاییکی سلول مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، مجموعه کاملی از ساختارهای دو لایه ای برای سه ماده اکسید فلزی ETL رایج در PSC ها یعنی TiO2، SnO2 و WO3 به روش دقیق و تکرار پذیر کند و پاش فرکانس رادیویی لایه نشانی گردید و عملکرد آن ها به عنوان ETL در سلول مورد مقایسه قرار گرفت. مشخصه یابی های ساختاری و الکتریکی سلول ها و ETL های مختلف توسط پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM)، طیف سنجی UV-vis، آنالیز مت-شاتکی و نمودارهای J-V مورد بررسی قرار گرفت. نشان داده شد که به کارگیری ساختارهای دولایه ای TiO2/SnO2-UTL، TiO2/WO3-UTL و SnO2/WO3-UTL با ایجاد صف بندی مؤثرتر تراز های انرژی، بازدهی سلول را به صورت قابل ملاحظه ای افزایش می بخشد. از سوی دیگر، با استفاده از ساختارهای دولایه ای معکوس آن ها یعنی SnO2/TiO2-UTL، WO3/TiO2-UTL و WO3/SnO2-UTL موجب کاهش بازدهی سلول ها گردید. نتایج حاصل شده یک رهیافت ساده و امیدبخش را برای طراحی مؤثرتر ادوات فتوولتائیکی با عملکرد بهبود یافته پیشنهاد می نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Synthesis and Evaluation of Planar Perovskite Solar Cells Using TiO2/SnO2, TiO2/WO3 and SnO2/WO3 Bilayer Structures as Improved Electron Transport Layers

نویسندگان [English]

  • Mozhgan Kazemzadeh Otoufi 1
  • Mehdi Ranjbar 2
  • Ahmad Kermanpur 3
  • Nima Taghavinia 4
  • Mahsa Heidari 5

1 Department of physics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

2 Department of physics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

3 Department of Materials Engineering, Isfahan University of technology, Isfahan, Iran

4 Physics Department, Sharif University of Technology, Tehran, P.O. Box 11155-9161, Iran

5 Department of Physics, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

In planar perovskite solar cells, it is vital to engineer the extraction and recombination of electron–hole pairs at the electron transport layer/perovskite interface for obtaining high performance. In this research, the presence effect of a metal oxide ultra-thin layer (< 10 nm thick) on the major ETL (≈ 50 nm thick) in improving the photovoltaic performance of the cell was investigated. For this purpose, a complete set of bilayer structured ETLs of the three common metal oxide electron transport materials in PSCs, namely TiO2, SnO2 and WO3, were provided using the accurate and reproducible deposition method of the radio-frequency (RF) sputtering and then their function as ETL in cells were compared. Structural and electrical characteristics of the different ETLs and cells were tested by XRD, FE-SEM, UV-Vis spectroscopy, Mott-Schottky analysis and J-V diagrams. The use of TiO2/SnO2-UTL, TiO2/WO3-UTL and SnO2/WO3-UTL bilayer structures has been shown to significantly increase cell efficiency by creating more efficient alignment of energy levels. Conversely, the use of their inverted bilayer structures, namely SnO2/TiO2-UTL, WO3/TiO2-UTL, and WO3/SnO2-UTL, resulted in reduced efficiency in the cells. Our results suggest a promising and simple approach to further design efficient photovoltaic devices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Planar perovskite solar cell
  • RF Sputtering
  • TiO2
  • SnO2
  • WO3