ساخت و بهينه‌سازي سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي صفحه‌اي با به‌كارگيري ساختارهاي دولايه‌اي انتقال‌دهنده‌ الكترون TiO2/SnO2، TiO2/WO3 و SnO2/WO3

Synthesis and Optimization of Planar Perovskite Solar Cells Using TiO2/SnO2, TiO2/WO3 and SnO2/WO3 Electron Transport Bilayer Structures

در سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي (PSCs)، تخليه مؤثر الكترون‌ها و كاهش بازتركيب زوج‌هاي الكترون-حفره در فصل مشترك لايه انتقال‌دهنده الكترون (ETL)/پروسكايت، براي دستيابي به عملكرد بالاتر ضروري است. در اين پژوهش، اثر حضور يك لايه بسيار نازك اكسيد فلزي با ضخامت كمتر از 10 نانومتر بر روي ETL اصلي با ضخامت 50 نانومتر در بهبود عملكرد فتوولتاييكي سلول، مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور، مجموعه كاملي از ساختارهاي دولايه‌اي براي سه ماده اكسيد فلزي ETL رايج در PSC ها يعني TiO2، SnO2 و WO3 به روش دقيق و تكرارپذير كندوپاش بسامد راديويي، لايه ­نشاني شد و عملكرد آن‌ها به‌عنوان ETL در سلول، مورد مقايسه قرار گرفت. مشخصه­ يابي­ هاي ساختاري و الكتريكي سلول‌ها و ETL هاي مختلف، توسط پراش پرتوي ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM)، طيف‌سنجي UV-vis، آناليز مت-شاتكي و نمودارهاي J-V مورد بررسي قرار گرفت. نشان داده شد كه به‌كارگيري ساختارهاي دولايه‌اي TiO2/SnO2-UTL، TiO2/WO3-UTL و SnO2/WO3-UTL با ايجاد صف‌بندي مؤثرتر ترازهاي انرژي، بازدهي سلول را به‌طور قابل ملاحظه‌اي افزايش مي‌دهد. از سوي ديگر، با استفاده از ساختارهاي دولايه‌اي معكوسِ آن‌ها يعني SnO2/TiO2-UTL، WO3/TiO2-UTL و WO3/SnO2-UTL بازدهي سلول‌ها كاهش يافت. نتايج حاصل‌شده، يك رهيافت ساده و اميدبخش را براي طراحي مؤثرتر ادوات فتوولتاييكي با عملكرد بهبوديافته پيشنهاد مي­ دهد.

In perovskite solar cells (PSCs), effective electron extraction and reduction of electron-hole pair recombination at the electron transport layer (ETL)/perovskite interface is essential for obtaining higher 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 structures for the three common ETL metal oxide materials TiO2, SnO2 and WO3, were provided using the accurate and reproducible radio-frequency (RF) sputtering deposition method, and their performance as ETL in the cell was compared. Structural and electrical characterizations of different cells and ETLs were examined by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (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 energy band alignment. On the other hand, using their inverted bilayer structures, SnO2/TiO2-UTL, WO3/TiO2-UTL, and WO3/SnO2-UTL, resulted in reduced cell efficiency. The results suggest a simple and promising approach to designe more efficient photovoltaic devices with improved performance.