اثر لایه میانگیر اکسید تنگستن بر سلول های خورشیدی پلیمریP۳HT:PCBM

Abstract

به منظور افزایش بازدهی جمع‌ آوری حامل های بار، لایه‌های میانگیر برای تغییر فصل مشترک بین لایه‌های فعال و الکترودها قرار داده می‌شوند. تغییر سطح آند یکی از روش‌های بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی است. اغلب یک لایه نازک میانگیر برای بدست آوردن جفت شدگی ساختار ترازی مناسب در فصل مشترک آند / ماده دهنده الکترون استفاده می‌شود. در ابتدا از ماده PEDOT:PSS که به طور گسترده ای در سلول های فتوولتاییک آلی به کار برده می شود، برای افزایش کارایی سلول ها بهره گرفته‌شد. اما برخلاف مزیت های خوب این ماده دارای نقاط ضعف جدی نیز است. برخی از این نقاط ضعف عبارتند از : مقاومت سری بالا، واکنش پذیری ITO با PEDOT:PSS اسیدی بودن و تخریب آن تحت تابش نور UV این عوامل محدود کننده کارایی سلول های فتوولتاییک آلی به شمار می روند. بنابراین ما به دنبال جایگزین مناسب برای این ماده بودیم اکسید فلزی wo3 می تواند جایگزین مناسبی برای این ماده پلیمری رسانا باشد چرا که به راحتی سنتز می شود و ارزان قیمت تر است. در این پژوهش ابتدا با شبیه سازی چگالی جریان دو سلول یکی با لایه میانگیر WO3 و دیگری با لایه میانگیر PEDOT:PSS باهم مقایسه شد برای شبیه سازی دو ساختار ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al و ITO/WO3/P3HT:PCBM/Al را در نظر گرفتیم. نتایج شبیه سازی در انتهای متن امده است(شکل1). مشاهده شد که سلول با لایه میانگیر WO3 چگالی جریان بیشتری دارد. سپس WO3 را سنتز کرده به صورت لایه نشانی چرخشی با سرعت 3500 و زمان 30 ثانیه لایه نشانی کرده و با دمای بازپخت 100 درجه به مدت دو ساعت بازپخت انجام شد. ادامه مراحل ساخت سلول نیز انجام شد.PEDOT:PSS نیز با سرعت 3500 و زمان 60 ثانیه لایه نشانی شده و با دمای 120 درجه به مدت 20 دقیقه بازپخت انجام شد. ادامه مراحل ساخت این سلول نیز انجام شد. با دستگاه از دو نوع سلول ساخته شده I_V تحت تاریکی گرفته شد. سپس نمودار LnJ-LnV هر کدام به صورت جداگانه رسم گردید. اگر شیب این منحنی از 2 بیشتر باشد، این حاکی از آن است که بار فضایی در نزدیکی الکترود شکل گرفته است‎.‎ ایجاد بار فضایی موجب می‎‎شود تا جریان محدودشده به بار فضایی گردد. با توجه به اینکه شیب در این ناحیه بیش از 2 است، می‌توان دریافت که در لایه‌ی فعال دام با توزیع نمایی وجود دارد. بنابراین جریان در این بازه، محدودشده توسط حامل‌های به دام افتاده TCLC است. شیب برابر است با m+1 و/T m=Tt که T=300K در نتیجه Tt که همان دمای دام است بدست می آید. در انتها نمودارLnJ-LnV هر دو سلول با دمای دام هر کدام آورده شده است همانطور که مشاهده می شود دمای دام مربوط به سلول با لایه مبانگیر WO3 کمتر است.