شماره ركورد
25630
شماره راهنما
CHE3 267
عنوان
سنتز و كاربرد مواد اصلاح كننده سطح پروسكايت بر پايه متيلن فلورن و كربازول در سيستم هاي اپتوالكترونيك
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي-شيمي آلي
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/05/05
صفحه شمار
112 ص.
استاد راهنما
اسماعيل شيباني فهندري
كليدواژه فارسي
مواد انتقالدهنده حفره , غيرفعالسازي نقصها , سلول خورشيدي پروسكايتي , لايه بينابيني , ديود نورتاب پروسكايت كوانتومي
چكيده فارسي
چكيده
تحقيق اول: سطح بالاي لايه پروسكايت در سلول خورشيدي متداول داراي نقصها و تله هاي است كه يكي از عوامل اصلي محدودكننده در بازده و پايداري سلول است. در بخش اول پايان نامه به سنتز مولكول هاي آلي كوچك پرداخته مي شود كه به عنوان لايه حدواسط بين لايه منتقل كننده حفره اسپايروامتاد و لايه پروسكايت قرار مي گيرد. در اين مطالعه، سه مولكول آلي كوچك با گروههاي جانبي مختلف براي ارتباط موثرتر با لايه پروسكايت سنتز شدند. نتايج نشان مي دهد كه مولكول9-(ديكلرومتيلن)- N7،N7،N2،N2- (تتراكيس(4-متوكسيفنيل)-9H- فلورين-7،2-ديآمين (با علامت اختصاري TPA-Cl)، به دليل الكترونگاتيوي پايينتر كلر و ازدحام فضايي ساختار TPA-Cl موجب تخريب لايه پروسكايت ميشود. بهكارگيري مولكول2-(2،7-بيس(بيس(4-متوكسيفنيل)آمينو)-9H-فلورن-9-ايليدن)مالونونيتريل) (با علامت اختصاري TPA-Cl)، نيز منجر به تغيير تخريب لايه پروسكايت و كاهش كارايي جمعآوري حفرهها شد. اما تركيب2،7-بيس(بيس(4-متوكسيفنيل)آمينو)-9H-فلورين-9-اون (با علامت اختصاري TPA-O )، حاوي گروه جانبي كربونيل، نه تنها بازده جمعآوري حاملها را افزايش داد، بلكه غيرفعالسازي نقايص سطح را نيز به طور چشمگيري كاهش داد. استفاده از اين ساختار در سلولهاي خورشيدي پروسكايت منجر به دستيابي به بازده تبديل توان 25/23% شد. كه پس از 2544 ساعت نگهداري در شرايط محيطي،50/88% از عملكرد اوليه خود را حفظ كرد. اين ساختار همچنين براي سلولهاي انعطافپذير بازده 81/21% همراه با پايداري مكانيكي مناسب ارائه داد. اين يافتهها افقهاي جديدي را براي بهبود عملكرد و پايايي سلولهاي خورشيدي پروسكايت فراهم ميكنند.
تحقيق دوم: يكي از ويژگيهاي منحصربه فرد نيمه رساناهاي ناقل حفره آلي تحرك بالاي حاملها و توانايي در غيرفعالسازي نقصهاي سطح پايين لايه پروسكايت مي باشد. اين رفتار نقش كليدي در پيشبرد عملكرد و ارتقاء پايداري سيستمهاي اپتوالكترونيك مبتني بر پروسكايت، از جمله ديودهاي نورتاب پروسكايت داراي نقاط كوانتومي و سلولهاي خورشيدي پروسكايتي دارند. در اين مطالعه، دو مولكول كوچك آلي ناقل حفره با نامهاي تريس (4-(6،3-بيس(متيلتيو)-9H-كربازول-9- ايل) فنيل)آمين(X15) و تريس (4-(7،2-بيس(متيلتيو)-9H-كربازول-9-ايل)فنيل) آمينX13)) با استفاده از گروههاي متيلتيو بهعنوان مراكز غيرفعالسازي نقص سنتز شدند تا تعامل مؤثرتري با لايه پروسكايت در پيكربندي ديودهاي نورتاب پروسكايت كوانتومي ايجاد كنند. نتايج نشان دادند كه تركيبX15 ، به دليل دارا بودن گروههاي متيلتيو در موقعيت پارا نسبت به هسته مركزي كربازول، برهمكنش قويتر با لايه پروسكايت و همچنين نقص هاي سطح پايين لايه پروسكايت را بيشتر غيرفعال كردند. سلول ديود نورتاب پروسكايتي كوانتومي حاويX15 به بازده كوانتومي خارجي 89/22% در مقياس كوچك (مساحت 09/0 سانتيمتر مربع) و بازده كوانتومي خارجي 10/21% مقياس بزرگ (مساحت 1 سانتيمتر مربع) رسيد. اين سلول ها عملكرد بالاتري نسبت به سلولهاي مبتني بر ناقل حفره پليبيس(4-فنيل)(6،4،2-تريمتيلفنيل)آمين (PTAA) كه برابر با 03/15است، نشان دادند.
كليدواژه لاتين
Hole transport materials , , defect passivation , perovskite solar cell , interfacial layer , quantum-dot perovskite light-emitting diode
عنوان لاتين
Synthesis and Application of Perovskite Surface Passiviation Based on Methylenefluorene and Carbazole in Optoelectronic Devices
گروه آموزشي
شيمي آلي و پليمر
چكيده لاتين
Abstract
Study 1: The upper surface of the perovskite layer in conventional solar cells contains defects and traps that significantly limit the cellʹs efficiency and stability. In the first part of this thesis, we design small organic molecules that serve as an interfacial layer between the Spiro-OMeTAD hole transport layer and the perovskite layer. The goal is to reduce surface defects of the perovskite layer, thereby enhancing charge carrier transport and stability. In this study, three small organic molecules with different side groups were synthesized to improve interactions with the perovskite layer. Results show that the molecule 9-(dichloromethylene)-N7,N7,N2,N2-(tetraxis(4-methoxyphenyl)-9H-fluorene-7,2-diamine), abbreviated as TPA-Cl, due to the low electronegativity of chlorine and the spatial congestion in the structure, causes degradation of the perovskite layer. The application of 2-(2,7-bis(bis(4-methoxyphenyl)amino)-9H-fluorene-9-ylidene)malononitrile, also abbreviated as TPA-Cl, similarly led to degradation and reduced hole collection efficiency. However, the molecule 2,7-bis(bis(4-methoxyphenyl)amino)-9H-fluorene-9-one (TPA-O), containing a carbonyl side group, not only enhanced charge carrier collection efficiency but also significantly reduced surface defect passivation. Implementing this structure in perovskite solar cells achieved a power conversion efficiency (PCE) of 23.25%, retaining 88.5% of its initial performance after 2,544 hours under ambient conditions. This architecture also demonstrated a PCE of 21.81% in flexible cells, with commendable mechanical stability. These findings open new avenues for improving the efficiency and durability of perovskite solar cells.
Study 2: One distinctive feature of organic hole transport semiconductors is their high carrier mobility and ability to passivate shallow surface defects in the perovskite layer. This behavior plays a crucial role in enhancing the performance and stability of optoelectronic systems based on perovskites, including quantum-dot-based perovskite light-emitting diodes (LEDs) and solar cells. In this study, two small organic hole-transport molecules Tris(4-(6,3-bis(methylthio)-9H-carbazole-9-yl)phenyl)amine (X15) and Tris (4-(7,2-bis(methylthio)-9H-carbazole-9-yl)phenyl)amine (X13) were synthesized using methylthio groups as defect passivation centers to create more effective interactions with the perovskite layer in quantum-dot LED configurations. The results show that X15, due to the placement of methylthio groups at the para position relative to the carbazole core, displayed stronger interaction with the perovskite layer and more efficient passivation of shallow surface defects. The quantum-dot perovskite LED containing X15 achieved an external quantum efficiency (EQE) of 22.89% on a small scale (0.09 cm²) and 21.10% on a large scale (1 cm²). These devices performed better than those based on the conventional hole transport material poly(bis(4-phenyl)(6,4,2-trimethylphenyl)amine) (PTAA), which showed an EQE of only 15.03%.
تعداد فصل ها
3
استاد مشاور خارج از دانشگاه
پروفسور بوژو -دانشگاه نانجينگ چين
فهرست مطالب pdf
156376
نويسنده