ساخت و مطالعه سلول های خورشیدی پروسکایتی صفحه ای با استفاده از ساختار های دولایه ای tio2/sno2، tio2/wo3 و sno2/wo3 به عنوان انتقال دهنده های الکترونی بهبود یافته

در سلول های خورشیدی پروسکایتی، مهندسی مطلوب جهت بیرون کشیدن الکترون ها و کاهش بازترکیب زوج های الکترون-حفره در فصل مشترک لایه انتقال دهنده الکترون (etl)/پروسکایت برای دستیابی به یک عملکرد بالاتر برای این ادوات فتونیکی یک ضرورت به شمار می آید. این مطالعه ساختارهای دولایه ای بدیعی را با سطوح انرژی فرمی متفاوت گزارش می کند که در آن ها یک لایه فشرده 50 نانومتری از tio2، sno2 و یا wo3 لایه نشانی شده با دو روش متفاوت اسپین کوت و آر اف اسپاترینگ، با یک لایه بسیار نازک (utl) از یکی دیگر از این سه نوع لایه های اکسید فلزی با ضخامت کمتر از 10 نانومتر، که به روش آر اف اسپاترینگ لایه نشانی شده باشد، ترکیب شده است. به منظور مطالعه اثر وارد نمودن این لایه های بسیار نازک فوق الذکر در ساختار etl های متفاوت بر روی عملکرد سلول ها و همینطور به منظور دستیابی به یک درک بهتر از مکانیزم انتقال الکترون در pscها، مشخصه های ساختاری و الکتریکی سلول ها و یا زیرلایه های پایه ای حاوی etl آن ها توسط الگوی پراش پرتو ایکس (xrd)، تصاویر برش عرضی fe-sem، طیف سنجی uv-vis، آنالیز مت-شاتکی و مشخصه یابی j-v مورد بررسی قرار گرفتند. در این پژوهش نشان داده شد که انتقال دهنده های الکترونی دولایه ای tio2/sno2-utl، tio2/wo3-utl و sno2/wo3-utl هر دو فایده مربوط به اصلاح سطح، که منجر به برقراری تماس بیشتر سطحی میان etl و پروسکایت شده و حالت های تله ای را در سطح کاهش می دهد، و همینطور کاهش بازترکیب بار مرزی، که به طور عمده بر اساس صف بندی موثرتر تراز های انرژی ایجاد می شود، را تلفیق می نماید. در عین حال اثر کاهش بازدهی را با کار گیری ساختارهای دولایه ای معکوس به صورت sno2/tio2-utl، wo3/tio2-utl و wo3/sno2-utl مشاهده نمودیم که این نیز یک نتیجه مطلوب در این پژوهش به شمار می آید که نشان دهنده درست بودن تحلیل نتایج به دست آمده بر اساس صف بندی تراز های انرژی می باشد. در این مطالعه، با به کار گیری این ساختارهای دولایه ای، که به وضوح بازترکیب بار در فصل مشترک را کاهش می دهد، توانسته ایم به بازدهی بالاتر از 12٪ برای سلول های خورشیدی پروسکایتی با سختار صفحه ای دست یابیم. این نتایج یک رهیافت ساده و امیدبخش را برای طراحی بیشتر و موثرتر ادوات فتوولتائیکی از نقطه نظر کنترل انتقال و بازترکیب بار پیشنهاد می نماید.

Study and fabrication of perovskite solar cells using TiO2/SnO2, TiO2/WO3 andSnO2/WO3 bilayer structures deposited by RF sputtering method as the alternativeelectron transport layers: a comparison between all bilayer types

In planar perovskite solar cells, it is vital to engineer the extraction and recombination of electron–hole pairs at the electron transport layer/perovskite interface for obtaining high performance. The main idea here is to develop novel bilayer structures with different Fermi energy levels by combing a compact layer (CL) of 50 nm thickness as the major electron transport layer with an ultra-thin layer (UTL) of less than 10 nm thickness. We report applying all possible bilayer structured ETL types from TiO2, SnO2 and WO3, in order to investigate the role of energy band alignment in improving the efficiency. This study is not only a good way to increase the efficiency of planar PSCs, but it is also helpful to understand better the electron transport mechanism in these photovoltaic devices. The structural and electrical characteristics of the samples were tested by XRD pattern, FE-SEM images, mott-schottky analysis, J-V characterization, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and UV-vis spectroscopy. Interestingly, current-voltage characterization results represent a significant efficiency improvement for the TiO2 CL/SnO2 UTL, TiO2 CL/WO3 UTL and SnO2 CL/WO3 UTL electron transport bilayer structures while it reveals worse performance for the cells based on the reverse structures of SnO2 CL/TiO2 UTL, WO3 CL/TiO2 UTL and WO3 CL/SnO2 UTL, all as well as expected. These achievements can be completely explained by more effective band alignment leading to improved transport of the photo-induced carriers hence avoiding charge accumulation to reduce recombination. These results suggest a promising and simple approach to further design efficient photovoltaic devices from the aspect of charge transport and recombination.