ساخت و مشخصه یابی لایه سدی تیتانیوم دی اکسید جهت استفاده در سلول های خورشیدی با جاذب های پروسکایت

چکیده مقاله

بازترکیب الکترون یکی از عوامل اصلی اتلاف در سلول های خورشیدی نانوساختار محسوب می شود که با غلبه بر این اتلاف می توان پتانسیل مدار باز و به دنبال آن بازدهی سلول خورشیدی را افزایش داد. استفاده از لایه سدی سبب می شود تا میزان بازترکیب الکترون روی سطح شیشه رسانا (FTO) کاهش یابد. در سلول های خورشیدی حالت جامد نیز لایه سدی مانع از اتصال اهمی ماده انتقال دهنده حفره با الکترود یا FTO و در نهایت مانع از اتصال کوتاه شدن سلول خورشیدی می شود. به منظور ساخت لایه سدی تیتانیوم دی اکسید، روش لایه نشانی چرخشی انتخاب شد تا با تغییر کمیت هایی مانند سرعت و مدت زمان چرخش و زمانی که صرف می شود تا دستگاه به سرعت مورد نظر برسد و همچنین مقدار حجم محلول (که به اندازه کافی باشد تا کل سطح زیر لایه را پوشش دهد) بتوان ضخامت لایه را کنترل کرد. زبر لایه های FTO با استفاده از استون و اتانول و در حمام فراصوت شسته شدند و به منظور حذف مواد آلی و آب دوست شدن زیر لایه به مدت 30 دقیقه در دمای 450 درجه سانتیگراد حرارت داده شدند. نانوذرات تیتانیوم دی اکسید با افزودن محلول اتانولی 28 میلی مولار هیدروکلریک اسید به محلول اتانولی 5 میلی مولار تیتانیوم تترا ایزوپروپکساید تهیه شد. طیف پراش اشعه ایکس نانوذرات نشان می دهد (شکل الف) که دارای فاز آناتاز است. بلندترین ارتفاع مربوط به صفحه (101) بوده و با استفاده از رابطه دبای شرر اندازه نانو ذرات 8 نانومتر به دست آمد. زیرلایه های FTO در اندازه های 5/2 در 5/2 سانتی متر با حجم های مختلف محلول، لایه نشانی شدند. پوشش دهی کامل و یکنواخت سطح زیرلایه FTO در نمونه هایی با حجم محلول بیش از 70 میکرولیتر مشاهده شد. سرعت چرخش، ضخامت لایه را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین هرچه زمان رسیدن به سرعت مورد نظر کوتاه تر باشد، لایه یکنواخت تری خواهیم داشت. با توجه به کیفیت لایه ها، سرانجام برای همه نمونه ها سرعت ثابت و برابر با 2000 دور بر دقیقه و کل زمان چرخش دستگاه نیز 45 ثانیه انتخاب شد و محلول شامل نانوذرات TiO2 پس از رسیدن دستگاه به سرعت مورد نظر روی زیرلایه FTO قرار می گرفت. شکل (ب) طیف عبور نمونه های لایه نشانی شده با 70 میکرولیتر محلول و با تعداد دفعات لایه نشانی متفاوت را است که کاهش عبور به ازای افزایش تعداد دفعات لایه نشانی را نشان می دهد. که با افزایش لایه نشانی سطح FTOبهتر پوشش داده می شود و بازترکیب الکترون کاهش می یابد.