24077

CHE3 245

دكتري

شيمي - معدني

شيمي

28/6/1403

109 ص.

دكتر ولي‌الله ميرخاني , دكتر مجيد مقدم , دكتر شهرام تنگستاني‌نژاد

دكتر ايرج محمدپور بلترك , دكتر جواد نعمت اللهي

سلول خورشيدي پروسكايت با راندمان بالا، , تئوري تابع چگالي (DFT)، , FPbI3، AcPbI3، UPbI3، , تابع دي‌الكتريك، , شبيه‌ساز (SCAPS-1D)، , كد محاسباتي Wien2k , ساختار نوار، , چگالي حالات (DOS)، , خواص نوري،

با توجه به اثرات گرمايش جهاني و افزايش سريع تقاضاي انسان براي انرژي، استفاده از منابع انرژي سنتي مبتني بر سوخت‌هاي فسيلي بايد محدود شود. انرژي‌هاي تجديدپذير و پاك مانند انرژي خورشيدي يكي از اميدواركننده‌ترين، فراوان‌ترين و جذاب‌ترين منابع براي كاهش سوخت‌هاي فسيلي در آينده هستند. براي تبديل صحيح انرژي خورشيدي به الكتريسيته، رويكردهاي فتوولتائيك مختلفي توسعه داده شده است. اگرچه رايج‌ترين ماده نيمه‌هادي مورد استفاده در سلول‌هاي خورشيدي سيليكون است، اما به دليل كارايي نسبتاً كم و هزينه بالا و پيچيدگي فرآيند توليد، دانشمندان هميشه به‌دنبال مواد جايگزين و جديد براي سلول‌هاي خورشيدي فتوولتائيك هستند. اخيراً گروه جديدي از سلول‌هاي خورشيدي كارآمد مبتني بر مواد هاليد پروسكايت نتايج قابل توجهي را در مدت زمان بسيار كوتاه نشان داده‌اند. با ظهور سلول‌هاي خورشيدي پروسكايتي (PSC) در چند سال گذشته، فرصت‌هاي زيادي براي سلول‌هاي خورشيدي جديد با راندمان بالاتر در مقايسه با نوع سيليكوني آن‌ها باز شده است. اگرچه پروسكايت‌هاي سرب هاليد نيمه‌هادي‌هاي عالي براي كاربردهاي فتوولتائيك هستند، اما از نظر شيميايي در برابر آب، اكسيژن و دماي بالا و هم‌چنين نور UV ناپايدار هستند. يكي از چالش‌هاي پيش ‌روي پروسكايت‌هاي هيبريدي، ناپايداري آن‌ها به‌دليل چرخش و جهت‌گيري سريع كاتيون‌هايCH3NH3+ (MA) و برهم‌كنش آن‌ها با چارچوبPb-I در دماهاي بالا است. با توجه به اهميت به‌كارگيري ساختارهاي پروسكايتي در نسل جديد سلول‌هاي خورشيدي، مطالعه بر روي خواص ساختاري، الكترونيكي و نوري اين ساختارها ضروري به‌نظر مي¬رسد. بنابراين، با تمركز بر جايگزيني كاتيون سايت A، ساختارهاي بلوري پروسكايتي مانند FPbI3، AcPbI3، UPbI3 و فرم‌هاي رزونانس آن‌ها را معرفي مي‌كنيم. در مسير توسعه‌ي آن، استفاده از روش‌هاي نظري كه پيش‌بيني خواص ماده در زمان و هزينه كمتر را امكان‌پذير مي‌سازند، بسيار ارزشمند است. ما در اين پژوهش، تأثير تغييركاتيون آلي را به روش نظري مورد مطالعه قرار داديم. محاسبات با استفاده از روش امواج تخت تقويت شده خطي با پتانسيل كامل در چارچوب نظريه تابعي چگالي هوهنبرگ، كوهن و شم با تقريب شيب تعميم‌يافته به كمك كد Wien2kانجام شد. پارامترهاي الكترونيكي و اپتيكي همراه با راندمان جذب نور پروسكايت AcPbI3 طراحي شده با تركيب نظريه تابعي چگالي (DFT) و شبيه‌ساز خازني سلول خورشيدي (SCAPS-1D) بررسي و با كاتيون MA مقايسه شد. نتايج نشان داد كه پروسكايت پيشنهادي براي كاربردهاي بلادرنگ در فناوري سلول‌هاي خورشيدي تك‌اتصالي و/يا پشت‌سرهم به‌دليل شكاف نواري مطلوب (Eg= 1.63 eV)، جذب نور خوب، اندازه كاتيون‌هاي آلي و فقدان چرخش كاتيون از طريق رزونانس مناسب است.

1403/09/07

سمانه گوهري

High-efficiency perovskite solar cell, . , Density Functional Theory (DFT), , Band Structure, , Density Of States (DOS), , Computational Code Wien2k , Simulator (SCAPS-1D), , Dielectric Function, , FPbI3, AcPbI3, UPbI3, , Optical Properties,

First principle study on structural, electronic and optical properties of hybrid organic-inorganic halid perovskites with different cations

شيمي معدني

Due to the global warming effects and rapidly increasing demand for energy by humans, the use of traditional energy sources based on fossil fuels should be limited. Renewable and clean energies, such as solar energy, are one of the most promising, abundant and attractive sources to decrease consumption of fossil fuels in the future. Various photovoltaic approaches have been developed to properly convert solar energy into electricity. Although the most common semiconductor material used in solar cells is silicon, it suffers from relatively low efficiency, high cost and complexity of the manufacturing process. Therefore, scientists are always looking for alternative and new materials for photovoltaic solar cells. In the past decade, a new group of efficient solar cells based on halide perovskite materials has shown remarkable results in a short time. With the emergence of perovskite solar cells (PSCs) over the past few years, many opportunities have been opened for new solar cells with higher efficiency than their silicon counterparts. Although organic-inorganic hybrid lead halide perovskites are excellent semiconductors for photovoltaic applications, they are chemically unstable against water, oxygen, and high temperature, as well as UV irradiation. One of the challenges facing the existing class of hybrid perovskites is their instability, arising from the rapid rotation and orientation of CH3NH3+ (MA) cations and interaction with lead iodide (Pb-I) framework at high temperatures. Considering the importance of using perovskite structures in the new generation of solar cells, it seems necessary to study their structural, electronic, and optical properties. Therefore, by focusing on the A-site cation substitution, we introduce perovskite crystal structures such as FPbI3, AcPbI3, and UPbI3 and their resonance forms. In the course of its development, it is precious to use theoretical methods that enable the prediction of material properties in less time and cost when it comes to the development of perovskites. In this research, we studied the effect of organic cation modification theoretically. Calculations were performed using the linearized augmented plane waves method with full potential in the framework of the density functional theory of Hohenberg, Cohen and Shem with the generalized gradient approximation with the help of Wien2k codes. The optical and electrical parameters and light absorption efficiency of the AcPbI3 perovskite designed by combining DFT and solar cell capacitance simulator (SCAPS-1D) were investigated and compared with MA cation. The results showed that the proposed perovskite is suitable for real-time applications in single-junction and/or tandem solar cell technology due to its favorable band gap (Eg=1.63 eV), good light absorption, organic cation size, and lack of cation rotation via resonance.

3