مطالعه اثر انبوهش و بلورینگی پلی‌تری‌هگزیل تیوفن استفاده‌شده در لایه فعال سلول خورشیدی پروسکیتی بر خواص فوتوولتایی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ- دانشگاه صنعتی امیرکبیر- پلی تکنیک تهران

2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر(پلی تکنیک تهران)

چکیده

مطالعه اثر انبوهش و بلورینگی پلی‌تری‌هگزیل تیوفن استفاده‌شده در لایه فعال سلول خورشیدی پروسکیتی بر خواص فوتوولتایی
 
فرضیه: سلول‌های خورشیدی پیشگام نسل سوم با ساختار پروسکیتی برای ارتقای خواص فوتوولتایی خود نیاز به اصلاحاتی در راستای کاهش نقص‌های ساختاری و نیز تبادل حامل‌های بار دارند. بدین منظور، استفاده از افزودنی‌ها (کوچک مولکول‌ها و
به‌ویژه پلیمرها) به‌طور گستره مورد توجه قرار گرفته‌اند. کوچک مولکول‌ها اغلب خواص هم‌افزایی ضعیف‌تری نسبت به پلیمرها ارائه می‌دهند که به‌دلیل وزن مولکولی کم و فراریت بیشتر و امکان کمتر برای اصلاح سطحی، پیونددهی و نبود پارامترهای اثرگذاری مانند دمای گذار شیشه‌ای در آن‌هاست. پلیمرهای عایق حتی با درصد بسیار کمی در ساختار پروسکیتی، ویژگی‌های چشمگیری برای اصلاح خواص فوتوولتایی ایجاد کرده‌اند و پلیمرهای مزدوج افزون بر این در انتقال حامل‌های بار نقشی مهم ایفا می‌‌کنند. خواص شکل‌شناسی یا انبوهش پلیمرهای مزدوج رفتار نورفیزیکی متفاوتی را ارائه می‌دهند. در این مطالعه اصلاحات انبوهشی پلی(۳-هگزیل تیوفن) (P3HT) به‌عنوان حامل بار مرسوم ارزیابی شد تا نقش افزایش انبوهش نوع J در انتقال بار، کاهش بازترکیب و بنابراین افزایش خواص فوتوولتایی ارزیابی شد.
روش­‌ها: در اینجا برای افزایش انبوهش نوع J و دستیابی به ساختار نانوسیمی، پس از سنتز P3HT از فراصوت، روش محلولی و در نهایت تابش فرابنفش استفاده شد و محلول‌های آماده‌شده به‌عنوان ضدحلال در میانه تشکیل فیلم پروسکیتی با روش چرخش دورانی به آن اضافه شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، نانوسیم‌های P3HT، انتقال حفره را به‌طور چشمگیری بهبود بخشیده و بازترکیب دومولکولی را کاهش داده‌اند. مهندسی حلال و تابش فرابنفش به تشکیل انبوهه‌های نوع J و افزایش طول هم‌پیوستگی منجر شده است. همچنین، آزمون‌های فوتوولتایی بهبود شایان ‌توجهی در پارامترهای کلیدی عملکرد سلول نشان دادند، بطوری که بازده تبدیل توان (PCE) از %83/11 به %92/17 ارتقا یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Impact of Aggregation and Crystallinity of Poly(3-hexylthiophene) Used in the Active Layer of Perovskite Solar Cells on Photovoltaic Properties

نویسندگان [English]

  • Farzad Zahedi 1
  • Saeed Pourmahdian 2
1 Faculty of Polymer and Color Engineering,, Amirkabir University of Technology
2 Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

Hypothesis: Third-generation pioneering solar cells with perovskite structures require targeted modifications to further enhance their photovoltaic properties, specifically through reduction of structural defects and improvement of charge carrier exchange and mobility. For this purpose, the use of additives (small molecules and especially polymers) has been widely considered in recent years. Small molecules often provide weaker synergistic effects compared to polymers, due to their lower molecular weight, higher volatility, reduced potential for surface modification and bonding, and the absence of influential parameters such as glass transition temperature. Even insulating polymers, at very low concentrations within the perovskite structure, have introduced remarkable features for tuning photovoltaic properties, while conjugated polymers additionally play a significant role in facilitating charge carrier transport. The morphological or aggregative properties of conjugated polymers yield distinct photophysical behaviors that directly affect device efficiency. In this study, the aggregative modifications of poly(3-hexylthiophene) (P3HT), as a conventional charge carrier, were systematically investigated in order to evaluate the role of enhanced J-type aggregation in charge transfer, recombination reduction, and consequently photovoltaic property enhancement.

Methods: To increase J-type aggregation and achieve nanowire structures, after P3HT synthesis, ultrasonic treatment, solution processing, and finally ultraviolet irradiation were applied in sequence. The prepared solutions were then introduced as anti-solvents during the spin-coating process of perovskite thin film formation.

Findings: The results demonstrated that P3HT nanowires significantly improved hole transport and reduced bimolecular recombination. Solvent engineering combined with ultraviolet irradiation led to J-type aggregation and increased conjugation length, thus enhancing electronic coupling. Furthermore, photovoltaic tests revealed considerable improvement in the key performance parameters of the cells, as the power conversion efficiency (PCE) was increased from 11.83% to 17.92%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Morphology
  • semiconducting polymer
  • P3HT
  • perovskite
  • solar cell