سلول خورشيدي پروسكايتي ارزان قيمت بر پايه انتقال دهنده حفره ايميدازولي

Low-Cost Perovskite Solar Cell Based on Imidazole Hole Transport

مواد انتقال‌دهنده حفره از اجزاي بسيار مهم يك سلول خورشيدي پروسكايتي به شمار مي‌روند، به‌نحوي كه حضور آن‌ها يك مولفه كليدي براي دستيابي به بازدهي بالا در تبديل نور خورشيد به الكتريسيته محسوب مي‌شود. از اين‌رو جستجو براي پيدا كردن انتقال‌دهنده هاي حفره جديد، كارآمد و كم‌هزينه براي استفاده در سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي از داغ‌ترين موضوع‌هاي پژوهشي در قلمرو سلول‌هاي خورشيدي به شمار مي‌رود. در اين مقاله، نسل جديدي از انتقال‌دهنده‌هاي حفره آلي به منظور استفاده در سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي، تهيه و معرفي شده است. انتقال‌دهنده حفره آلي دوهسته-اي bis(4-(4,5-diphenyl-2-(p-tolyl)-4,5-dihydro-1H-imidazol-1-yl)phenyl)methane كه با نام اختصاري MDA-PI2 معرفي مي‌شود، بر پايه بنزيل‌ايميدازول‌ها سنتز و شناسايي شد و سرانجام به عنوان ماده انتقال‌دهنده حفره آلي دوهسته‌اي در سلول خورشيدي پروسكايتي مورد استفاده قرار گرفت . از آنجا كه ويژگي‌هاي فوتو فيزيكي، فوتو شيميايي و الكتروشيميايي انتقال‌دهنده‌هاي حفره نقش بسيار مهمي را در بهبود عملكرد يك سلول خورشيدي پروسكايتي بازي مي‌كنند به بررسي آناليزهاي مختلفي از جمله ولتامتري چرخه‌اي، پايداري حرارتي، فوتولومينسانس، زاويه تماسي آب پرداخته شد كه همگي گوياي عملكرد مطلوب انتقال‌دهنده حفره جديد سنتز شده در يك سلول خورشيدي پروسكايتي بودند. همچنين، ميزان فرونشاني فعاليت نشري انتقال دهنده حفره جديد بسيار نزديك به نمونه مرجع Spiro-OMeTAD در حضور لايه جاذب پروسكايتي بود كه نشان از انتقال موثر حفره‌ها در سلول خورشيدي پروسكايتي مي‌باشد. پس از ساخت سلول خورشيدي پروسكايتي بدون انتقال دهنده حفره و بر پايه انتقال دهنده حفره جديد، ميزان بازده سلول خورشيدي پروسكايتي ، از مقدار 1/57 درصد در غياب انتقال‌دهنده حفره، به مقدار 6/60 درصد در حضور انتقال‌دهنده حفره جديد افزايش پيدا كرد كه نشان‌دهنده عملكرد خوب انتقال‌دهنده‌هاي حفره بر پايه حلقه هاي ايميدازولي است .

Hole transport materials (HTMs) are one of the most important components in perovskite solar cell (PSC) which their presence play as a key factor to achieve the high efficiency of conversion of solar irradiation to electricity. That is why the searching of new efficient and cost-effective HTMs for using in PSC is one of the hottest research objects in PSC filed. In this paper, a new generation of a bi-nuclear organic HTM for using in PSC has been prepared and introduced. Bi-nuclear organic-HTM bis(4-(4,5-diphenyl-2-(p-tolyl)-4,5-dihydro-1H-imidazol-1-yl)phenyl)methane, namely MDA-PI2 , based on benzyl imidazoles was synthesized and fully characterized and finally was applied as a bi-nuclear organic HTMs in PSC. Since the photophysical, photochemical and electrochemical properties of HTMs play key role in a PSC, a variety of analysis and measurements including cyclic voltammetry, thermal stability, photoluminescence and water contact angle were carried out which indicated the promising performance of newly synthesized HTM in a PSC. In addition, the luminescence quenching value of novel HTM was very close to bench-mark Spiro-OMeTAD in the presence of perovskite absorber layer which proved the efficient transferring of holes in PSC. After fabrication of perovskite solar cell without any HTM and with it, the efficiency of PSC was dramatically increased from 1.57 % to 6.60 % , respectively which shown the good performance of HTMs based on imidazole rings.