Продуктивність перовскітового сонячного елемента, покритого оксидом графена в якості шару з дірковою провідністю

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225420

Ключові слова:

перовскітові сонячні елементи, шар з дірковою провідністю, оксид графену, товщина, продуктивність

Анотація

Останнім часом органічний металогалогенний перовскіт демонструє великий потенціал для застосування, оскільки він володіє такими перевагами, як низька вартість, чудові фотоелектричні властивості і висока ефективність перетворення енергії. Матеріали з дірковою провідністю (МДП) є одними з найбільш важливих компонентів перовскітових сонячних елементів (ПСЕ). Вони виконують функцію оптимізації інтерфейсу, регулювання енергетичної сумісності та підвищення ЕПЕ. Неорганічні напівпровідники p-типу є альтернативою МДП завдяки своїй хімічній стабільності, більш високій рухливості, підвищеній прозорості у видимій області і загальному рівню енергії валентної зони (ВЗ). У даній статті повідомляється про використання шару оксиду графену (ОГ) в якості шару з дірковою провідністю (ШДП) для поліпшення характеристик перовскітових сонячних елементів. Кристалічна структура і товщина ОГ істотно впливають на підвищення ефективності сонячних елементів. Така перовскітна плівка повинна володіти високим ступенем кристалічності. Конфігурація перовскітового матеріалу FTO/NiO/ОГ/CH3NH3PbI3/ZnO/Ag. ОГ як шар з дірковою провідністю може збільшити рухливість позитивно заряджених електронів для поліпшення струму і напруги. В якості блокуючого шару, може запобігти рекомбінації. ОГ дозволяє отримати перовскітний інтерфейсний шар з більш гладкими отворами, а молекулярна однорідність сприяє зменшенню рекомбінації. В даному дослідженні використовувався метод центрифугування. В процесі центрифугування шар ОГ наноситься поверх NiO зі швидкістю обертання 700 об/хв, 800 об/хв, 900 об/хв, 1000 об/хв і 1500 об/хв. В результаті процедури були формовані різні товщини від 332,5 нм, 314,7 нм, 256,4 нм, 227,4 до 204,5 нм. Результати, отримані при товщині 227,4 нм, досягли оптимальної ефективності, а саме 15,3 %. Таким чином, матеріал ОГ в якості шару з дірковою провідністю, будучи не надто товстим і тонким, може сприяти підвищенню продуктивності сонячних елементів

Біографії авторів

Rustan Hatib, Brawijaya University

Doctoral Student in Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Sudjito Soeparman, Brawijaya University

Professor in Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Denny Widhiyanuriyawan, Brawijaya University

Doctorate in Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Nurkholis Hamidi, Brawijaya University

Doctorate in Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. (2009). Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells. Journal of the American Chemical Society, 131 (17), 6050–6051. doi: https://doi.org/10.1021/ja809598r
  2. Yang, W. S., Noh, J. H., Jeon, N. J., Kim, Y. C., Ryu, S., Seo, J., Seok, S. I. (2015). High-performance photovoltaic perovskite layers fabricated through intramolecular exchange. Science, 348 (6240), 1234–1237. doi: https://doi.org/10.1126/science.aaa9272
  3. Chiang, Y.-F., Jeng, J.-Y., Lee, M.-H., Peng, S.-R., Chen, P., Guo, T.-F. et. al. (2014). High voltage and efficient bilayer heterojunction solar cells based on an organic–inorganic hybrid perovskite absorber with a low-cost flexible substrate. Phys. Chem. Chem. Phys., 16 (13), 6033–6040. doi: https://doi.org/10.1039/c4cp00298a
  4. Yip, H.-L., Jen, A. K.-Y. (2012). Recent advances in solution-processed interfacial materials for efficient and stable polymer solar cells. Energy & Environmental Science, 5 (3), 5994. doi: https://doi.org/10.1039/c2ee02806a
  5. Vivo, P., Salunke, J., Priimagi, A. (2017). Hole-Transporting Materials for Printable Perovskite Solar Cells. Materials, 10 (9), 1087. doi: https://doi.org/10.3390/ma10091087
  6. Niu, G., Li, W., Li, J., Wang, L. (2016). Progress of interface engineering in perovskite solar cells. Science China Materials, 59 (9), 728–742. doi: https://doi.org/10.1007/s40843-016-5094-6
  7. Shang, Y., Hao, S., Yang, C., Chen, G. (2015). Enhancing Solar Cell Efficiency Using Photon Upconversion Materials. Nanomaterials, 5 (4), 1782–1809. doi: https://doi.org/10.3390/nano5041782
  8. Kim, J. H., Liang, P.-W., Williams, S. T., Cho, N., Chueh, C.-C., Glaz, M. S. et. al. (2014). High-Performance and Environmentally Stable Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells Based on a Solution-Processed Copper-Doped Nickel Oxide Hole-Transporting Layer. Advanced Materials, 27 (4), 695–701. doi: https://doi.org/10.1002/adma.201404189
  9. Frost, J. M., Butler, K. T., Brivio, F., Hendon, C. H., van Schilfgaarde, M., Walsh, A. (2014). Atomistic Origins of High-Performance in Hybrid Halide Perovskite Solar Cells. Nano Letters, 14 (5), 2584–2590. doi: https://doi.org/10.1021/nl500390f
  10. Zhang, P.-P., Zhou, Z.-J., Kou, D.-X., Wu, S.-X. (2017). Perovskite Thin Film Solar Cells Based on Inorganic Hole Conducting Materials. International Journal of Photoenergy, 2017, 1–10. doi: https://doi.org/10.1155/2017/6109092
  11. Rajeswari, R., Mrinalini, M., Prasanthkumar, S., Giribabu, L. (2017). Emerging of Inorganic Hole Transporting Materials For Perovskite Solar Cells. The Chemical Record, 17 (7), 681–699. doi: https://doi.org/10.1002/tcr.201600117
  12. Chung, C.-C., Narra, S., Jokar, E., Wu, H.-P., Wei-Guang Diau, E. (2017). Inverted planar solar cells based on perovskite/graphene oxide hybrid composites. Journal of Materials Chemistry A, 5 (27), 13957–13965. doi: https://doi.org/10.1039/c7ta04575a
  13. Zhu, Z., Bai, Y., Zhang, T., Liu, Z., Long, X., Wei, Z. et. al. (2014). High-Performance Hole-Extraction Layer of Sol-Gel-Processed NiO Nanocrystals for Inverted Planar Perovskite Solar Cells. Angewandte Chemie International Edition, 53 (46), 12571–12575. doi: https://doi.org/10.1002/anie.201405176
  14. Kim, G.-W., Shinde, D. V., Park, T. (2015). Thickness of the hole transport layer in perovskite solar cells: performance versus reproducibility. RSC Advances, 5 (120), 99356–99360. doi: https://doi.org/10.1039/c5ra18648j
  15. Marinova, N., Tress, W., Humphry-Baker, R., Dar, M. I., Bojinov, V., Zakeeruddin, S. M. et. al. (2015). Light Harvesting and Charge Recombination in CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells Studied by Hole Transport Layer Thickness Variation. ACS Nano, 9 (4), 4200–4209. doi: https://doi.org/10.1021/acsnano.5b00447
  16. Manders, J. R., Tsang, S.-W., Hartel, M. J., Lai, T.-H., Chen, S., Amb, C. M. et. al. (2013). Solution-Processed Nickel Oxide Hole Transport Layers in High Efficiency Polymer Photovoltaic Cells. Advanced Functional Materials, 23 (23), 2993–3001. doi: https://doi.org/10.1002/adfm.201202269
  17. Dai, B., Fu, L., Liao, L., Liu, N., Yan, K., Chen, Y., Liu, Z. (2011). High-quality single-layer graphene via reparative reduction of graphene oxide. Nano Research, 4 (5), 434–439. doi: https://doi.org/10.1007/s12274-011-0099-8
  18. Wang, Y., Hu, Y., Han, D., Yuan, Q., Cao, T., Chen, N. et. al. (2019). Ammonia-treated graphene oxide and PEDOT:PSS as hole transport layer for high-performance perovskite solar cells with enhanced stability. Organic Electronics, 70, 63–70. doi: https://doi.org/10.1016/j.orgel.2019.03.048
  19. Schniepp, H. C., Li, J.-L., McAllister, M. J., Sai, H., Herrera-Alonso, M., Adamson, D. H. et. al. (2006). Functionalized Single Graphene Sheets Derived from Splitting Graphite Oxide. The Journal of Physical Chemistry B, 110 (17), 8535–8539. doi: https://doi.org/10.1021/jp060936f
  20. McAllister, M. J., Li, J.-L., Adamson, D. H., Schniepp, H. C., Abdala, A. A., Liu, J. et. al. (2007). Single Sheet Functionalized Graphene by Oxidation and Thermal Expansion of Graphite. Chemistry of Materials, 19 (18), 4396–4404. doi: https://doi.org/10.1021/cm0630800
  21. Liu, D., Kelly, T. L. (2013). Perovskite solar cells with a planar heterojunction structure prepared using room-temperature solution processing techniques. Nature Photonics, 8 (2), 133–138. doi: https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.342
  22. Kim, H.-S., Lee, C.-R., Im, J.-H., Lee, K.-B., Moehl, T., Marchioro, A. et. al. (2012). Lead Iodide Perovskite Sensitized All-Solid-State Submicron Thin Film Mesoscopic Solar Cell with Efficiency Exceeding 9%. Scientific Reports, 2 (1). doi: https://doi.org/10.1038/srep00591
  23. Tseng, Z.-L., Chiang, C.-H., Chang, S.-H., Wu, C.-G. (2016). Surface engineering of ZnO electron transporting layer via Al doping for high efficiency planar perovskite solar cells. Nano Energy, 28, 311–318. doi: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.08.035
  24. Das, R., Hamid, S., Ali, M., Ramakrishna, S., Yongzhi, W. (2014). Carbon Nanotubes Characterization by X-ray Powder Diffraction – A Review. Current Nanoscience, 11 (1), 23–35. doi: https://doi.org/10.2174/1573413710666140818210043
  25. Dobiášová, L., Starý, V., Glogar, P., Valvoda, V. (1999). Analysis of carbon fibers and carbon composites by asymmetric X-ray diffraction technique. Carbon, 37 (3), 421–425. doi: https://doi.org/10.1016/s0008-6223(98)00207-3

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-26

Як цитувати

Hatib, R. ., Soeparman, S. ., Widhiyanuriyawan, D., & Hamidi, N. . (2021). Продуктивність перовскітового сонячного елемента, покритого оксидом графена в якості шару з дірковою провідністю. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(12 (109), 36–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225420

Номер

Том 1 № 12 (109) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Rustan Hatib, Sudjito Soeparman, Denny Widhiyanuriyawan, Nurkholis Hamidi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.