شماره ركورد
26235
شماره راهنما
NANO2 150
عنوان
استفاده از الكترودهاي كربن -پليمرهاي رسانا در سلول-هاي خورشيدي پروسكايتي و سلول¬هاي فوتوالكتروشيميايي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
نانو شيمي
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/12/06
صفحه شمار
101 ص.
استاد راهنما
رضا كشاورزي
لينك پروفايل استاد راهنما
استاد مشاور
علي قريه , اكبر اميدوار
لينك پروفايل استاد مشاور
كليدواژه فارسي
سلول‌هاي خورشيدي پروسكايت , الكترود كربني , پلي‌آنيلين (PANI) , پايداري , مهندسي سطح مشترك , بدون HTL , اصلاح تابع كار
چكيده فارسي
پايداري سلول هاي خورشيدي پروسكايت را مي¬توان اساسي¬ترين چالش و غلبه بر آن را آخرين گام به سمت تجاري سازي دانست. درحالي¬كه امروزه به¬كارگيري الكترود كربن به جاي الكترودهاي فلزي معمول گام بزرگي به سمت افزايش پايداري سلول هاي خورشيدي پروسكايت به شمار مي¬رود، كاهش بازدهي ناشي از آن عامل اصلي عدم جايگزيني سلول¬هاي خورشيدي بر پايه الكترود فلزي با همتاي بر پايه كربن آن است. بررسي¬ها نشان داده است كه اختلاف بالاي سطوح انرژي تابع كار كربن و نوار ظرفيت پروسكايت، عاملي بر افزايش بازتركيب حامل هاي بار در سطح الكترود پشتي بوده كه بطور قابل توجهي بازدهي سلول را كاهش مي¬دهد. لذا افزايش تابع كار كربن و كاهش اختلاف با نوار ظرفيت پروسكايت كه با بكارگيري پلي آنيلين در خمير كربن امكان پذير است، منجر به تسهيل شدن انتقال حامل هاي حفره در اتصال پشتي شده و با كاهش بازتركيب حامل¬ها بازدهي سلول را افزايش مي¬دهد.
در اين پژوهش، سنتز پلي آنيلين رسانا با دو مورفولوژي مختلف نانوفيبر و نانوذره مورد بررسي قرار گرفت. از اين رو خصوصيات ساختاري و مورفولوژيكي آن¬ها، توسط آناليزهاي XRD، FTIR، UV-vis و SEM مشخصه¬يابي شد و هدايت الكتريكي آن ها توسط دستگاه اندازه گيري مقاومت سطح چهار نقطه¬اي انجام شد. سپس، از اين مواد رسانا به عنوان بايندر (اتصال دهنده) در خميركربن استفاده شد و نسبت بهينه اجزاي تشكيل دهنده خمير كربني شامل كربن ، گرافيت، بايندر و حلال به منظور دستيابي به عملكرد كاري مناسب الكترود كربن در سلول خورشيدي پروسكايتي مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين مرحله به دست آوردن بهترين فرمول خمير كربن براي فرآيند لايه¬نشاني به عنوان الكترود در نظر گرفته شد. در اين راستا آناليزهاي SEM، زاويه تماس، اندازه گيري مقاومت الكتريكي صفحه اي و آناليز نقشه عنصري جهت مشخصه¬يابي الكترودكربني مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه به ساخت سلول خورشيدي پروسكايتي مبتني بر كربن بدون لايه انتقال¬دهنده حفره و بررسي عملكرد فتوولتائيك آن¬ها در حضور الكترودكربن جديد پرداخته شد. بدين منظورچهار نوع سلول خورشيدي پروسكايتي با الكترود هاي كربن مختلف تهيه شده از خميركربني حاوي نانوفيبرهاي پلي آنيلين با حلال متوكسي پروپيل استات تحت عنوان C-NFPA-M، خمير كربني حاوي نانوذرات پلي آنيلين با حلال متوكسي پروپيل استات تحت عنوان C-NPPA-M، خميركربني بدون پلي آنيلين و با حلال متوكسي پروپيل استات تحت عنوان C-M و خميركربني تجاري با حلال تولوئنC-T تهيه و مشخصه‌هاي فتوولتائيك آن ها ازجمله منحني‌هاي I-V ، IPCE به‌دست آمد و اندازه‌گيري‌هايPL و EIS براي درك عميق‌تر مكانيسم‌هاي فوتوولتاييك مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد سلول خورشيدي پروسكايتي مبتني بر الكترود كربن حاوي نانوفيبر پلي آنيلين با چگالي جريان اتصال كوتاه 17/22، ولتاژ مدار باز 02/1، ضريب پرشدگي0.70 و بازدهي 83/15 درصد بهترين عملكرد را دارا مي باشد. همچنين، اين نوع سلول ها حاوي پلي آنيلين، پايداري طولاني مدت عالي از خود نشان دادند و 93٪ از كارايي اوليه خود را در يك دوره 37 روزه در رطوبت نسبي 85 ٪ و دماي 25-30 درجه سانتيگراد حفظ كردند.
همچنين، بهترين سلول ساخته شده از خمير كربني حاوي پلي آنيلين نانوفيبر، به عنوان فوتوآند در شكافت فوتو الكتروشيميايي آب مورد ارزيابي قرار گرفت. اين فوتواند در پتانسيل 1.23 ولت نسب به RHE ، چگالي جريان به حدود 3.5–4 mA/cm² از خود نشان داد كه تقريباً دو برابر مقدار مشاهده شده در نمونه حاوي كربن تجاري با جريان حدودي 1.5–2 mA/cm² است.
كليدواژه لاتين
Perovskite solar cells , carbon electrode , polyaniline (PANI) , stability , interface engineering , HTL-free , work function modification
عنوان لاتين
Use of carbon-conducting polymer electrodes in perovskite solar cells and photoelectrochemical cells
گروه آموزشي
نانو فناوري
چكيده لاتين
The stability of perovskite solar cells can be considered the most fundamental challenge and overcoming it the final step toward commercialization. While today the use of carbon electrodes instead of conventional metal electrodes is regarded as a major step toward improving the stability of perovskite solar cells, the efficiency reduction caused by this substitution is the main reason why metal electrode based solar cells have not been replaced by their carbon based counterparts. In the first report of this study, through optical electrical simulation of carbon based perovskite solar cells, the performance limiting parameter of the cell was identified and a solution for its improvement was proposed. Investigations showed that the non ideal nature of the carbon electrode due to the large mismatch between the work function energy level of carbon and the valence band of perovskite increases charge carrier recombination at the back interface, which significantly reduces cell efficiency. Simulation results demonstrated that increasing the work function of carbon and reducing its mismatch with the perovskite valence band, which is achievable by incorporating additives such as polyaniline into the carbon paste, facilitates hole transport at the back contact and reduces carrier recombination, thereby increasing cell efficiency from 14.44 percent to 20.53 percent.In the second and third phase reports presented in this file, the synthesis of conductive polyaniline with two different morphologies, nanofiber and nanoparticle, is investigated. Their structural and morphological properties will be characterized using XRD, UV vis, and SEM analyses. In addition, electrical conductivity will be measured using a four point probe surface resistance measurement.In the continuation of the report, in the third phase the use of these conductive materials as binders in carbon paste and the determination of the optimal ratio of components such as carbon, graphite, and solvent to achieve suitable working performance of the carbon electrode for maximum hole extraction will be evaluated. In this stage, obtaining the best carbon paste formulation for the coating process as an electrode will also be considered. As before, XRD, UV vis, and SEM techniques will be used to characterize the carbon electrode. Subsequently, carbon based hole transport layer free perovskite solar cells will be fabricated and their photovoltaic performance in the presence of the new carbon electrode will be examined. For photovoltaic characterization, I V and IPCE curves will be obtained, and PL and EIS measurements will be used for a deeper understanding of the photovoltaic mechanisms. Finally, the stability of the solar cells will be evaluated
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
171848
نويسنده