بررسی ویژگی‌های فتوولتایی سلول خورشیدی بسپاری حاوی نقاط کوانتومی با لیگاند پروسکایتی

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 5، دوره 12، شماره 2، شهریور 1397، صفحه 37-48   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

رضوان سلطانی¹؛ علی اصغر کتباب^{* 2}

¹دانشجوی دکترا گروه مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

²استاد گروه مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر برای نخستین بار اثر حضور نقاط کوانتومی سرب سولفید و تعویض لیگاند آن از لیگاند عایق و بلند زنجیره اولئیک اسید به لیگاند پروسکایتی کوتاه زنجیره متیل‌آمونیم‌سرب یدید بر ویژگی‌های فتوولتایی سلول خورشیدی ناهمگون حجمی بر پایه بسپار پلی‌تری‌هگزیل‌تیوفن (P3HT) و یکی از مشتقات فولرن‌ها (PC₆₁BM) موردبررسی قرارگرفته است. نتایج طیف جذبی به‌دست‌آمده در محدوده طول‌موج‌های مرئی و نزدیک به فروسرخ، بهبود جذب فوتون بسپار P3HT براثر حضور نقاط کوانتومی حاوی هر دو نوع لیگاند را نشان می‌دهد. همچنین، نتایج اندازه‌گیری طیف نشری نیز بیانگر بهبود جدایش اگزیتون در سلول‌های خورشیدی سه‌تایی نسبت به نوع دوتایی آن است، به‌گونه‌ای که نتایج یادشده انتقال الکترون از P3HT به نقاط کوانتومی و انتقال حفره از نقاط کوانتومی به P3HT را در فیلم‌های فعال نوری حاوی نقاط کوانتومی با هر دو نوع لیگاند را اثبات می‌کند. اندازه‌گیری ویژگی‌های فتوولتایی سلول‌های خورشیدی تهیه‌شده، بیانگر این مطلب است که استفاده از نقاط کوانتومی حاوی لیگاند پروسکایتی سبب افزایش بیشتر بازدهی سلول خورشیدی می‌شود، به‌گونه‌ای که با افزودن 6% وزنی نقاط کوانتومی حاوی لیگاند پروسکایتی، بازدهی سلول خورشیدی به مقدار 6% افزایش می‌یابد. این در حالی است که حضور نقاط کوانتومی حاوی لیگاند اولئیک اسیدی نه‌تنها سبب بهبود بازدهی سلول خورشیدی نمی‌شود، بلکه بازده تبدیل سلول را نیز کاهش می‌دهد. این تفاوت را می‌توان به عایق بودن زنجیرهای طویل اولئیک اسید و بیشتر بودن سرعت حرکت ذرات باردار در لایه فعال نوری حاوی نقاط کوانتومی با لیگاند پروسکایتی ارتباط داد.

کلیدواژه‌ها

سلول خورشیدی بسپاری؛ سلول خورشیدی سه‌تایی؛ نقاط کوانتومی؛ حساس کننده؛ سرب سولفید

مراجع

[1] Guo, F.; Zhu, X.; Forberich, K.; Krantz, J.; Stubhan, T.; Salinas, M.; Halik, M.; Spallek,  S.; Butz, B.; Spiecker, E.; Ameri, T.; Li, N.; Kubis, P.; Guldi, D.M.; Matt, G.J.; Brabec, C.J.;  Adv. Energy Mater. 3, 1062-1067, 2013.

[2] Ameri, T.; Khoram, P.; Min, J.; Brabec, C.J.; Adv. Mater. 25, 4245–4266, 2013.

[3] Gasparini, N.; Salvador, M.; Fladischer, S.; Katsouras, A.; Avgeropoulos, A.; Spiecker, E.; Chochos, C. L.; Brabec, C. J.; Ameri, T.; Adv. Energy Mater. 5, 1–7, 2015.

[4] Gasparini, N.; Jiao, X.; Heumueller, T.; Baran, D.; Matt, G.J.; Fladischer, S.;Spiecker, E.; Ade, H.; Brabec, C.J.; Ameri, T.; Nat. Energy 1, 1–14, 2016.

[5] Gasparini, N.; Katsouras, A.; Prodromidis, M.I.; Avgeropoulos,  A.; Baran, D.; Salvador, M.; Fladischer, S.; Spiecker, E.; Chochos, C.L.; Ameri, T.; Brabec, C.J.;  Adv. Funct. Mater. 25, 4898–4907, 2015.

[6] Huang, J.H.; Velusamy, M.; Ho, K.C.; Lin, J.T.; Chu C.W.; J. Mater. Chem. 20, 2820-2825, 2010.

[7] Sharma, G.D.; Singh, S.P.; Roy, M.S.; Mikroyannidis, J.A.; Org. Electron. 13, 1756–1762, 2012.

[8] Min, J.; Ameri, T.; Gresser, R.; Lorenz-Rothe, M.; Baran, D.; Troeger, A.; Sgobba, V.; Leo, K.; Riede, M.; Guldi, D.M.; Brabec, C.J.; ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 5609–5616, 2013.

[9] Ke, L.; Min, J.; Adam, M.; Gasparini, N.; Hou, Y.; Perea; J.D.; Chen, W.; Zhang, H.; Fladischer, S.; Sale, A.C.; Spiecker, E.; Tykwinski, R.R.; Brabec, C..; Ameri, T.; Adv. Energy Mater. 6, 1–13, 2016.

[10] Carey, G.H.; Abdelhady, A.L.; Ning, Z.; Thon, S.M.; Bakr, O.M.; Sargent, E.H.; Chem. Rev. 115, 12732-12763, 2015.

[11] Talapin, D.V; Lee, J.; Kovalenko, M.V; Shevchenko, E.V; Chem. Rev. 110, 389–458, 2010.

[12] Fu, H.; Choi, M.; Luan, W.; Kim, Y.S.; Tu, S.T.; Solid. State. Electron. 69, 50–54, 2012.

[13] Jarzab, D.; Szendrei, K.; Yarema, M.; Pichler, S.; Heiss, W.; Loi, M.A.; Adv. Funct. Mater. 21, 1988–1992, 2011.

[14] Taukeer, K.M.; Kaur, A.; Dhawan, S.K.; Chand, S.; J. Appl. Phys. 110, 044509-17, 2011.

[15] Han, Y.W.; Lee, E.J.; Joo, J.; Park, J.; Sung, T.H.; Moon, D.K.; J. Mater. Chem. A. 4, 10444–10453, 2016.

[16] Bisri, S.Z.; Piliego, C.; Yarema, M.; Heiss, W.; Loi, M.A.; Adv. Mater. 25, 4309–4314, 2013.

[17] Zhitomirsky, D.; Furukawa, M.; Tang, J.; Stadler, P.; Hoogland, S.; Voznyy, O.; Liu, H.; Sargent, E.H.; Adv. Mater. 24, 6181–6185, 2012.

[18] Wise, F.W.; Acc. Chem. Res. 33, 773–780, 2000. 

[19] Sytnyk, M.; Yakunin, S.; Schöfberger, W.; Lechner, R.T.; Burian, M.; Ludescher, L.; Killilea, N.A.; Yousefi Amin A.; Kriegner, D.; Stangl, J.; Groiss, H.; Heiss, W.; ACS Nano 11(2), 1246–1256, 2017.

[20] Hines, M.A.; Scholes, G.D.; Adv. Mater. 15, 1844–1849, 2003.

[21] Brown, P.R.; Kim, D.; Lunt, R.R.; Zhao, N.; Bawendi, M.G.; Grossman, J.C.; Bulovi, V.; ACS Nano 8, 1–17, 2014.

[22] Kahmann, S.; Mura, A.; Protesescu, L.; Kovalenko, M.V.; Brabec, C.J.; Loi, M.A.; J. Mater. Chem. C 3, 5499–5505, 2015.

[23] Itskos, G.; Papagiorgis, P.; Tsokkou, D.; Othonos, A.; Hermerschmidt, F.; Economopoulos S.P.; Yarema, M.; Heiss, W.; Choulis S.; Adv. Energy Mater. 3, 1490–1499, 2013.

[24] Xu, F.; Gerlein, L.; Ma, X.; Haughn, C.; Doty, M.; Cloutier, S.; Materials (Basel) 8, 1858–1870, 2015.