شماره ركورد
25170
شماره راهنما
CHE2 929
عنوان
بررسي عملكرد لايه انتقالدهنده الكترون WO3-SnO2 در سلول خورشيدي پروسكايت مبتني بر كربن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
شيمي- شيمي معدني
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/06/31
صفحه شمار
67 ص.
استاد راهنما
رضا كشاورزي
كليدواژه فارسي
انرژي خورشيدي , سلول خورشيدي پروسكايتي مبتني بر كربن , لايه انتقالدهنده الكترون (ETL) , استخراج الكترون , قلع (IV) دياكسيد(SnO2) , تنگستن تري اكسيد (WO3)
چكيده فارسي
انرژيهاي تجديدپذير بهعنوان راهحلي پاك و پايدار براي مقابله با بحران انرژي و تغييرات اقليمي شناخته ميشوند و نقش مهمي در تأمين نيازهاي انرژي آينده جهان دارند.
سلولهاي خورشيدي پروسكايتي بر پايه كربن يكي از فناوريهاي نوين در حوزه انرژي خورشيدي هستند كه به دليل هزينه پايين، پايداري بالا و وزن سبك، موردتوجه ويژه قرار گرفتهاند. بااينحال، اين سلولها با چالشهاي جدي از جمله بازدهي كمتر نسبت به سلولهاي خورشيدي پروسكايتي با الكترود طلا مواجهاند كه مانع از كاربرد گسترده و صنعتي آنها شده است. در اين پژوهش، با هدف ارتقاي عملكرد و پايداري سلولهاي خورشيدي پروسكايتي مبتني بر الكترود كربني، بهينهسازي و مهندسي لايهٔ انتقالدهندهٔ الكترون بر پايهٔ اكسيد قلع (SnO2) از طريق اصلاح ساختاري با اكسيد تنگستن (WO3) انجام شد. براي بررسي اثر افزودن WO3 و تحليل ويژگيهاي فيزيكي، ساختاري و اپتيكي لايهها، از آزمونهاي ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، ميكروسكوپ الكتروني گسيل ميداني روبشي (FE-SEM)، فتولومينسانس (PL)، طيفسنجي فرابنفش–مرئي (UV–Vis) و طيفسنجي فوتوالكترون پرتو ايكس (XPS) استفاده گرديد. نتايج اين تحليلها نشان داد حضور WO3 موجب كاهش نقصهاي اكسيژن، حذف تلههاي سطحي، بهبود يكنواختي سطح، افزايش رسانايي الكتروني و تطابق بهتر تراز انرژي با لايهٔ پروسكايت ميشود. بررسيهاي الكتريكي نيز نشان داد سلولهاي اصلاحشده با لايهٔ كامپوزيتي SnO2–WO3 نسبت به نمونههاي مرجع SnO2 از بهبود قابلتوجهي در پارامترهاي كليدي عملكرد برخوردارند؛ بهطوريكه ولتاژ مدار باز (Voc) از 07/1 به 10/1 ولت، چگالي جريان اتصال كوتاه (Jsc) از 02/22 به 24/22 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع، فاكتور پرشدگي (FF) از 67/0 به 72/0 و بازدهٔ تبديل توان (η) از 11/16% به 01/18٪ افزايش يافت. افزون بر اين، حضور WO3 موجب بهبود پايداري شيميايي و مقاومت سلولها در برابر شرايط محيطي گرديد. بدينترتيب، اصلاح لايهٔ انتقالدهندهٔ الكترون با اكسيد تنگستن را ميتوان راهكاري مؤثر براي توسعهٔ نسل جديد سلولهاي خورشيدي پروسكايتي مبتني بر كربن با راندمان بالا، پايداري طولانيمدت و هزينهٔ ساخت پايين دانست.
كليدواژه لاتين
Solar energy , Carbon-based perovskite solar cell (C-PSC) , Electron transport layer (ETL) , Electron extraction , Tin(IV) dioxide (SnO2) , Tungsten trioxide (WO3)
عنوان لاتين
Investigating the performance of SnO2-WO3 electron transport layer in carbon-based perovskite solar cell
گروه آموزشي
شيمي معدني
چكيده لاتين
Renewable energies are recognized as clean and sustainable solutions to address the global energy crisis and climate change, playing a vital role in meeting the world’s future energy demands.
Carbon-based perovskite solar cells (C-PSCs) represent an emerging technology in the field of solar energy due to their low fabrication cost, high stability, and lightweight nature. However, these devices still face critical challenges such as lower efficiency compared to gold-electrode perovskite solar cells, which hinders their large-scale industrial application.
In this study, to improve the performance and stability of carbon-based perovskite solar cells, the electron transport layer (ETL) based on tin oxide (SnO₂) was structurally modified through the incorporation of tungsten trioxide (WO₃). To investigate the effect of WO₃ addition and analyze the physical, structural, and optical properties of the layers, a comprehensive set of characterization techniques—including Atomic Force Microscopy (AFM), Field-Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Photoluminescence (PL), UV–Visible spectroscopy (UV–Vis), and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was employed.
The results indicated that WO₃ incorporation effectively reduced oxygen vacancies and surface traps, improved surface uniformity, enhanced electron conductivity, and optimized energy-level alignment with the perovskite absorber layer. Electrical characterization further revealed that cells fabricated with the SnO₂–WO₃ composite layer exhibited remarkable improvements in key photovoltaic parameters compared to the pristine SnO₂-based devices. Specifically, the open-circuit voltage (Voc) increased from 1.07 V to 1.10 V, the short-circuit current density (Jsc) from 22.02 mA/cm² to 22.24 mA/cm², the fill factor (FF) from 0.67 to 0.72, and the power conversion efficiency (η) from 16.11% to 18.01%.
Furthermore, the presence of WO₃enhanced the chemical robustness and environmental stability of the cells. Therefore, engineering the electron transport layer with tungsten trioxide can be considered an effective strategy for developing a new generation of carbon-based perovskite solar cells with higher efficiency, improved durability, and reduced fabrication cost.
تعداد فصل ها
3
استاد مشاور خارج از دانشگاه
نيلوفر افضلي
فهرست مطالب pdf
148093
نويسنده