استفاده از نقاط كوانتومي اكسيد گرافن در سلول خورشيدي پروسكايت

Application of Graphene Oxide Quantum Dots in Planar Perovskite Solar Cell

كربن يك عنصر فراوان در طبيعت و نسبتا ارزان­قيمت است كه مي­تواند هزينه ساخت سلول خورشيدي را بطور قابل توجهي كاهش دهد. در سال­هاي اخير تركيبات كربني بطور ويژه جهت استفاده در سلول خورشيدي پروسكايت مورد توجه و بررسي قرار گرفته­اند. در اين تحقيق، نقاط كوانتومي اكسيد گرافن در سلول خورشيدي پروسكايت مسطح مورد استفاده قرار گرفته ­اند. بدين منظور، نقاط كوانتومي اكسيد گرافن به روش هيدروترمال سنتز شده ­اند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري از اين ذرات نشان مي­ دهد كه اندازه نقاط كوانتومي اكسيد گرافن كوچكتر از 10 نانومتر مي­ باشد. اين نقاط كوانتومي سپس جهت ساخت سلول خورشيدي با ساختار ITO/GOQD/MAPbI3/Spiro-OMETAD/Ag، به روش لايه نشاني چرخشي بر روي زيرلايه اكسيد قلع-اينديوم (ITO) لايه نشاني مي­شوند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني و آناليز پراش پرتو ايكس از لايه پروسكايت نشان مي ­دهند كه اين لايه با ساختار كريستالي مناسب، به صورت يكنواخت و پيوسته بر روي لايه نقاط كوانتومي اكسيد گرافن لايه نشاني شده است. همچنين، بررسي شدت نورتابي لايه پروسكايت لايه نشاني شده بر روي نقاط كوانتومي اكسيد گرافن، در مقايسه با شدت نورتابي لايه پروسكايت بر روي ITO نشان مي­دهد كه انتقال الكترون از لايه پروسكايت به نقاط كوانتومي اكسيد گرافن بطور موثري اتفاق مي­افتد و در نتيجه نورتابي لايه پروسكايت در حالت مجاورت با لايه نقاط كوانتومي اكسيد گرافن به ميزان قابل توجهي كاهش مي ­يابد. سلول خورشيدي پروسكايت مسطح ساخته شده، عملكرد بسيار مناسبي با مشخصات جريان اتصال كوتاه (Jsc) mA/cm2 21/9، ولتاژ مدار باز (Voc) V 1/02، ضريب پرشدگي (FF) 0/67 و بازده تبديل توان (PCE) % 15 نشان مي­دهد. اين نتايج بيانگر ويژگي مناسب نقاط كوانتومي اكسيد گرافن به عنوان ماده انتقال­دهنده الكترون در سلول خورشيدي پروسكايت مي ­باشد.

Introduction: Carbon is cheap and abundant in nature which can significantly reduce the cost of solar cell fabrication. In recent years, carbon nanostructures have gained special attention for application in perovskite solar cells. Methods: In this research, graphene oxide quantum dots (GOQDs) have been used in a planar perovskite solar cell. For this purpose, GOQDs with sizes smaller than 10 nm were synthesized by the hydrothermal method. The GOQDs were spin coated on ITO to make a planar n-i-p perovskite solar cell with the structure ITO/GOQD/MAPbI3/Spiro-OMETAD/Ag. Findings: The absorption spectrum of the GOQDs shows no overlap with absorption band of the MAPbI3 perovskite layer. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis show that a uniform film of crystalline MAPbI3 perovskite has been formed on the GOQD layer. The best device performance achieved in this research for the planar perovskite solar cell is as follows: Jsc=21.9 mA/cm2, Voc=1.02 V, FF=0.67 and PCE=15%.