بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با استفاده از نانوکریستال‌های چارچوب آلی-فلزی zif-8 در مرز مشترک پروسکایت و انتقال دهنده الکترون

با توجه به قابلیت فراوری آسان و ساختار میکرومتخلخل چارچوب های آلی-فلزی، بکارگیری این نانوساختارها در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در این تحقیق، با توجه به خصوصیات برتری پایداری رطوبتی و شیمیایی چارچوب های آلی-فلزی، از نانوکریستال های ایمیدازول زئولیتی8 (zif8) با هدف اصلاح سطح و بهبود انتقال بار در سطح مشترک پروسکایت و لایه انتقال‌دهنده الکترون در ساختار سلول خورشیدی پروسکایتی استفاده شده است. نتایج بررسی آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی و الگوی پراش پرتو ایکس از سطح پروسکایت نشان می دهد ساختار متخلخل نانوکریستال‌های zif8 بر روی لایه متخلخل tio2می تواند به عنوان یک داربست در تشکیل بهتر لایه پروسکایت با ساختار کریستالی منظم تری عمل کند. نتایج حاصل از آنالیزهای جذب نوری و منحنی جریانولتاژ سلول خورشیدی پروسکایتی نشان می دهد. این نوع چارچوب آلی-فلزی می تواند به عنوان یک لایه جاذب کمکی در گستره طول موج های کوتاه عمل کند و منجر به بهبود عملکرد فتوولتائیک سلول های خورشیدی پروسکایتی شود. با توجه به عدم استفاده از ماده انتقال دهنده حفره، با بکارگیری zif8 در لایه بالایی tio2، بازده سلول خورشیدی پروسکایتی با ساختار fto/tio2/ch3nh3pbi3/au بطور متوسط از 5.19 به 6.11 %بدست آمده است. دستیابی به چنین عملکردی، با توجه به انجام تمامی مراحل لایه‌نشانی و ساخت سلول، در شرایط محیطی و خارج از گلاوباکس، قابل توجه است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که چارچوب های آلی-فلزی دارای پتانسیل بالایی در ساخت سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با بازده مناسب را دارا است.

Enhancing photovoltaic performance of the perovskite solar cells by using ZIF-8 MOF nanocrystals as interface layer between perovskite and electron transport material

Metalorganic frameworks (MOFs) has recently attracted significant research attention in the perovskite solar cells (PVSCs) owing to its facile solution processability and exceptional microporous structure.    In this study, due to superior properties of MOFs in their chemical and moisture stability, Zeolitic Imidazolate Framework (ZIF8) nanocrystals were used as an interlayer in conjunction with the perovskite film and electron transporting layer to surface modification of the perovskite layer and improve charge transfer in the solar cell structure. The scanning electron microscopy (SEM) and Xray diffraction (XRD) patterns show porous structure of ZIF8 nanocrystals on mesoporousTiO 2 can acts as a scaffold for crystallization of perovskite layer with lowerdefect concentration. The optical and electrical characterization show that the ZIF8 on the mesoporous TiO 2 layercan acts as auxiliary light absorbing layer at the shortwavelength range, leading to improved photovoltaic performance of the perovskite solar cells. As a result, the power conversion efficiencies (PCE) of the hole transport material (HTM) free perovskite solar cells with the structure of FTO/TiO 2 /CH 3 NH 3 PbI 3 /Au is enhanced from 5.19 to 6.11% when ZIF8 is present. Achieving such a performance, due to deposition steps and solar cells fabrication have been done in environment conditions outside of glove box procedure, is significant. This study demonstrates the promising potential of using MOFs to fabricate efficient PVSCs.