کربن یک عنصر فراوان در طبیعت و نسبتا ارزان قیمت است که می تواند هزینه ساخت سلول خورشیدی را بطور قابل توجهی کاهش دهد. در سال های اخیر ترکیبات کربنی بطور ویژه جهت استفاده در سلول خورشیدی پروسکایت مورد توجه و بررسی قرار گرفته اند. در این تحقیق، نقاط کوانتومی اکسید گرافن در سلول خورشیدی پروسکایت مسطح مورد استفاده قرار گرفته اند. بدین منظور، نقاط کوانتومی اکسید گرافن به روش هیدروترمال سنتز شده اند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از این ذرات نشان می دهد که اندازه نقاط کوانتومی اکسید گرافن کوچکتر از 10 نانومتر می باشد. این نقاط کوانتومی سپس جهت ساخت سلول خورشیدی با ساختار ITO/GOQD/MAPbI3/Spiro-OMETAD/Ag، به روش لایه نشانی چرخشی بر روی زیرلایه اکسید قلع-ایندیوم (ITO) لایه نشانی می شوند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی و آنالیز پراش پرتو ایکس از لایه پروسکایت نشان می دهند که این لایه با ساختار کریستالی مناسب، به صورت یکنواخت و پیوسته بر روی لایه نقاط کوانتومی اکسید گرافن لایه نشانی شده است. همچنین، بررسی شدت نورتابی لایه پروسکایت لایه نشانی شده بر روی نقاط کوانتومی اکسید گرافن، در مقایسه با شدت نورتابی لایه پروسکایت بر روی ITO نشان می دهد که انتقال الکترون از لایه پروسکایت به نقاط کوانتومی اکسید گرافن بطور موثری اتفاق می افتد و در نتیجه نورتابی لایه پروسکایت در حالت مجاورت با لایه نقاط کوانتومی اکسید گرافن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. سلول خورشیدی پروسکایت مسطح ساخته شده، عملکرد بسیار مناسبی با مشخصات جریان اتصال کوتاه (Jsc) mA/cm2 9/21، ولتاژ مدار باز (Voc) V 02/1، ضریب پرشدگی (FF) 67/0 و بازده تبدیل توان (PCE) % 15 نشان می دهد. این نتایج بیانگر ویژگی مناسب نقاط کوانتومی اکسید گرافن به عنوان ماده انتقال دهنده الکترون در سلول خورشیدی پروسکایت می باشد.

در سال های اخیر، سلول های خورشیدی پروسکایت به دلیل افزایش راندمان تبدیل توان، فرآیند ساخت ساده، مواد کم هزینه و خواص منحصر به فردی همچون گاف نواری قابل تنظیم، دامنه جذب نور بالا، انرژی پیوند اکسایتون کم و تحرک زیاد الکترون و حفره مورد توجه قرار گرفته اند. اخیراً بازده سلول های خورشیدی پروسکایت با توجه به کیفیت بالای فیلم پروسکایت، روش های سنتز، لایه نشانی و مواد الکترود مناسب، از 25 درصد فراتر رفته است. در این مقاله با هدف ایجاد درک بهتر و دستیابی به بینش کامل تر در خصوص سلول های خورشیدی مبتنی بر مواد پروسکایت، پیشرفت های اخیر سلول های خورشیدی پروسکایت، ساختار و انواع روش های لایه نشانی مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه برخی از انواع پروسکایت ها، لایه های انتقال دهنده حفره و الکترون با یکدیگر مقایسه شده و تأثیر آن ها بر بازده سلول خورشیدی گزارش می شود. در نهایت انواع روش های پوشش دهی پروسکایت با مساحت بزرگ و کوچک مورد بحث قرارگرفته و چالش ها و فرصت های تجاری سازی پیشنهاد شده است.

دسترسی به تکنیک های ارزان و مناسب در مقیاس بزرگ برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت مسطح کارآمد بسیار مهم است. امروزه، در فرآیند آزمایشگاهی پوشش چرخشی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، ساخت مقیاس بزرگ لایه های پروسکایت ترکیبی با چالش هایی مواجه است. در این مقاله، لایه های پروسکایت سه کاتیونه همراه با فرمامیدینیوم (FA) با استفاده از رسوب الکتروشیمیایی (ELD) به عنوان یک رویکرد جدید و مقیاس پذیر، سنتز شده اند، سپس نتیجه با فرآیند پوشش چرخشی مبتنی بر ضدحلال (SCA) مقایسه شد. در مقایسه با پروسکایت SCA، نتایج جریان-ولتاژ افزایش قابل توجهی در ضریب پرشدگی (FF) را نشان می دهد که از ٪97/53 به ٪60.79 به دلیل مسیرهای کاهش بازترکیب بدون قربانی کردن ولتاژ مدار باز (VOC) و جریان اتصال کوتاه (JSC) افزایش یافته است.

در سال های اخیر مطالعات بسیاری در بکارگیری مواد پروسکایتی در سلول های خورشیدی انجام شده است. فرآیند ریختن کلروبنزن بر بلورینگی پروسکایت و در نتیجه بازدهی سلول خورشیدی بدست آمده تأثیرگذار است. هدف ما در این مطالعه، یافت بهترین فاصله ی زمانی برای ریختن کلروبنزن پس از شروع پوشش دهی چرخشی برای بدست آوردن پروسکایت با بیشترین بلورینگی بود. پس از ریختن پیش ماده ی پروسکایت بر روی زیرلایه و شروع چرخش، فواصل زمانی 4، 6، 8، 9 و 12 ثانیه برای ریختن کلروبنزن مورد آزمایش قرار گرفت. سپس نمونه حرارت داده شد تا لایه ی پروسکایت تشکیل شود، در برخی موارد لایه کدر بود که نشان دهنده ی پروسکایت معیوب با بلورینگی ناقص است. سپس لایه های دیگر، از جمله اسپایرواُمتاد و اتصالات فلزی لایه نشانی شد. بررسی نمودارها و مطالعات نشان می­دهد که در فاصله زمانی 8 ثانیه برای ریختن کلروبنزن، بیشترین بازده (71/16 درصد) برای سلول خورشیدی بدست می آید.

در این پژوهش عملکرد سلول خورشیدی پروسکایت با بکارگیری دو لایه ی انتقال دهنده الکترون نظیر: SnO2 و ZnO. مورد شبیه سازی و مقایسه قرار گرفته است. بدین منظور از نرم افزار شبیه سازی AMPS-1D که دارای قابلیت تعیین مشخصه جریان-ولتاژ، بازده کوانتمی و تعیین ضخامت لایه ها است استفاده شد. تاثیر ضخامت لایه ی جاذب پروسکایت، لایه های انتقال دهنده ی الکترون، غلظت ناخالصی لایه های انتقال دهنده ی الکترون و دما بر عملکرد سلول های خورشیدی پروسکایت بررسی گردید با کمک نتایج شبیه سازی لایه روی اکسید یک جایگزین مناسب برای لایه ی انتقال دهنده ی الکترون به منظور کاهش هزینه و افزایش بازده سلول خورشیدی پیشنهاد گردید.

با توجه به اهمیت پایداری سلول های خورشیدی در تجاری سازی آنها، پروسکایت های دوبعدی در فصل مشترک بین پروسکایت سه بعدی و لایه های انتقال دهنده بار نقش مؤثری در بهبود پایداری سلول های خورشیدی پروسکایتی دارند. در این پژوهش، پروسکایت سه کاتیونی سه بعدی و کاتیون فنیل تری متیل آمونیوم جهت تشکیل پروسکایت دوبعدی، به عنوان مواد جاذب نور در سلول های خورشیدی به کار برده شده است. با توجه به نفوذ رطوبت از همه جوانب لایه پروسکایت، به بررسی ساختارهای پروسکایت دوبعدی/ سه بعدی، سه بعدی/ دوبعدی و دوبعدی/ سه بعدی/ دوبعدی پرداختیم. نتایج نشان داد که تشکیل پروسکایت دوبعدی بر روی پروسکایت سه بعدی (سه بعدی/ دوبعدی) علاوه بر محافظت لایه پروسکایت سه بعدی در برابر رطوبت، منجر به بهبود ریخت شناسی لایه پروسکایت می شود. در حالی که، تشکیل پروسکایت دوبعدی در زیر پروسکایت سه بعدی (دوبعدی/ سه بعدی) در بهبود بلورینگی پروسکایت سه بعدی مؤثر است. سلول های خورشیدی پروسکایتی سه بعدی/ دوبعدی به دلیل بهبود بیشتر نقص های سطحی و کاهش بازترکیبی بار، بازده 9.81 از خود نشان دادند. در حالی که، سلول های خورشیدی پروسکایتی دوبعدی/ سه بعدی/ دوبعدی با بهبود بلورینگی پروسکایت سه بعدی و محافظت دو جانبه پروسکایت سه بعدی توسط پروسکایت دوبعدی، 98% از بازده اولیه خود را به مدت 240 روز حفظ نمودند.

در سال های اخیر، با هدف جایگزینی انتقال دهنده حفره اسپایرامتاد، تلاش های فراوانی در زمینه سنتز مواد انتقال حفره جدید از(HTMs) برای سلول خورشیدی پروسکایت (PSC) انجام شده است. با این حال، برای بهبود هدایت و تحرک پذیری این مواد، بیشتر از افزودنی های شیمیایی استفاده می شود که علاوه بر افزایش هزینه، مخرب بوده و به دلیل جاذب رطوبت بودن سرعت تخریب کریستال های پروسکایت را افزایش میدهند و باعث کاهش پایداری و بازدهای سلول های خورشیدی در درازمدت می شوند، در نتیجه با توجه به اهمیت سنتز مواد انتقال حفره(HTMs) بدون افزودنی، مولکولهای کوچک آلی 2 و 6 با استفاده از مواد اولیه مقرون به صرفه، به منظور بهبود مسیر سنتز، حلالیت و ایجاد مورفولوژی بهتر بر روی سطح پروسکایت نسبت به اسپایرواُمتاد سنتز، و با استفاده از روش الکتروشیمیایی، طیف جذب و نشر و طیف سنجی NMR، خواص شیمیایی، خلوص و شناسایی آن تایید گردید؛ علاوه بر این، پایداری حرارتی و استحکام HTMs جدید توسط DSC و TGA اندازه گیری شد. مولکولهای مورد استفاده به دلیل وجود سیستم π از نوع دهنده-گیرنده، تحرک انتقال بار را افزایش داده و استفاده از افزودنی های شیمیایی را کاهش میدهند. در ادامه سلول خورشیدی حاصل ازHTMs 2 و 6 با آنالیزهای فوتوولتاییک مشخصه یابی شد، نتایج نشان می دهد که سلول حاوی لایه منتقل کننده حفره 6 دارای عملکرد تقریبا مشابه به شاهد انتقالدهندهی حفره اسپایرواُمتاد در شرایط بدون افزودنی میباشد که در آن شدت جریان mA/cm2 68/14، ولتاژ مدار باز برابر با 82/0 ولت، فاکتور پرشدگی برابر با 65/0 و بازدهی توان تبدیل 88/7% نشان داده شده است.

چکیدهدر این مقاله، یک سلول خورشیدی پروسکایت دوگانه بدون سرب مورد مطالعه ی عددی قرار گرفته است و اثر آرایه های تناوبی نانو ذرات کروی طلای پوشش داده شده با نانو میله های سیلیکا و تیتانیا بر روی کارایی سلول خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفته است و با اثرآرایه ی نانو ذرات طلای خالص مقایسه شده است. ساختار سلول خورشیدی پروسکایت پیشنهادی به صورت p-i-n بوده و معماری آن به صورت ITO/PEDOT:PSS/Cs2AgBiBr6/TiO2/Ag میباشد. در این مطالعه از روش تفاضل المان محدود در حوزه زمانی3 سه بعدی با استفاده از ماژول FDTD پکیج نرم افزاری Ansys-Lumerical استفاده شده است. این مطالعه در محدوه ی طول موج نور فرابنفش، 300 نانومتر تا مادون قرمز نزدیک4 ، 1100 نانومتر انجام شده است و طیف جذب نور، شدت میدان الکتریکی، نرخ تولید زوج الکترون-حفره، چگالی جریان اتصال کوتاه و جریان خروجی از سلول خورشیدی محاسبه گردیده است. در این تحقیق مشاهده شد که تاثیر Au@TiO2 در افزایش کارایی سلول خورشیدی بیشتر از بقیه نانو ذرات میباشد. نتایج این مطالعه نشان میدهد که به کار بردن نانو ذرات Au@Tio2 باعث افزایش 17/8%جریان الکتریکی خروجی از سلول و افزایش 17/85%جریان اتصال کوتاه میشود. همچنین وجود این نانوذرات سبب افزایش 100 برابری ماکزیمم نرخ تولید الکترون-حفره شده است. این افزایش کارایی میتواند به دلیل میدان نزدیک پلاسمونی و نوع پراکندگی امواج از طریق این ذرات باشد. همچنین با تغییر مکان نانو آرایه Au@SiO2در قسمت بالایی، میانی، و پایینی لایه پروسکایت، تاثیر مکان نانوذرات بر روی کارایی سلول های خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفت.

یکی از ویژگی های اصلی سلول خورشیدی پروسکایت، قابلیت جذب بالا در ناحیه مرئی است. با این حال می توان به جذب پایین آن ها در ناحیه فروسرخ که قسمت بزرگی از طیف خورشیدی در این ناحیه است و همچنین سمی بودن ترکیبات پروسکایت اشاره کرد. برای غلبه بر این مشکل نانوذرات فلزی معرفی شده اند. در این مقاله با قرار دادن نانوذرات در لایه جاذب پروسکایت به بررسی اثر اندازه، فاصله، موقعیت و ترکیب نانوساختارهای پلاسمونی بر روی جذب نور، جریان نوری، چگالی جریان اتصال کوتاه و بیشینه نرخ تولید در سلول خورشیدی پروسکایت پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از نانوذرات نقره با شعاع nm50 و فاصله nm20، خصوصیات نوری ذکرشده نسبت به حالت مرجع که بدون حضور نانوذرات است، 33/1 برابر افزایش می یابد. همچنین ضخامت های مختلف لایه جاذب که رابطه مستقیمی با میزان سمی بودن آن دارد نیز مورد بررسی قرار داده می شود.