Download Polymer Solar Cells: Materials, Device Architectures, and Performance and more Papers Software Engineering in PDF only on Docsity!
هایرو در ســالشيهای پترین چالشیکی از مهم ن انرژی و یافتن منابع جدید انرژی اســت.ير، تأمياخ هك دی یکی از این منابع انرژی استيهای خورشسلول د را به انرژی الکتریکیيک نور خورشيبه روش فتوولتای ليمری به دليدی پليهای خورشند. سلولكتبدیل می ت ساخت دريپذیر بودن و قابلسادگی ساخت، انعطاف قاتی دريترین موضوعــات تحقابعاد بــزرگ، از مهم ه توجهك دی استيهای خورشهای نوین سلولفناوری رده است. در این پژوهش بهك اری را به خود جلبيبس اهشك های انجام شده در جهتشرفتير پيبررسی س روشيهای پن چالشيچناربردی و همك هایمحدودیت مری پرداختهيدی پليهای خورشــدر ســاخت سلول شود.می مر، گاف انرژی،يدی، پليدی: ســلول خورشيلك لماتك ایاتصال ناهمگون توده
های خورشیدی، مسئلهقابل اغماض باشد[1]. مســئله اصلی در انواع مختلف سلول
زمان با بهبود بازدهی،های خورشیدی پلیمری هستند [2-4]. دانشمندان همســلول
های خورشــیدی دارند[5].ن ســلوليری ايپذش طول عمر و انعطافيســعی در افزا
،^2 االسالمیخي، طاهره فنایی ش1نویسندگان:محمد جوان الماسی* (^1) ر راستی قهفرخیيام
ستان و بلوچستانيارشناسی ارشد مهندسی نانومواد و فناوری نانو دانشگاه سك. ستان و بلوچستانيئت علمی دانشکده برق و رایانه دانشگاه سي2. استادیار و عضو ه rasty_gh@yahoo.com
ITO (ionalindium-tin-oxideهای (شیشــه نينه باالی ايشــود. به دلیل هزاســتفاده می ن کردنيگزيی بــرای جايهاها، تالششیشــه انيتر در جرريپذتر و انعطافها با مواد ارزانآن است. به عنوان مثال چانگ لین و همکارانش با (gallium-dopedZnO) GZO ن کردنيگزيجا ســلول خورشیدی پلیمری تولید ITO به جای تر، دچار افتکردنــد که با وجود شــفافیت کم وسیلهگری که بهيبازده نشــد[6]. در تحقیق د ه شفافيک الي ی و همکارانش» انجام شد، از« یده با اکسید روی ويمتشــکل از آلومینیوم آال اســتفاده کردند. ITO ه نازک نقره به جایيال ن مورد نیز ســلول خورشیدی بازده قابليدر ا ری مناســب از خوديپذقبول به همراه انعطاف نشان داد[7]. هاین نوع ســلوليتحقیق و مطالعه در مورد ا روز در حال گســترش استخورشــیدی روزبه نيو اقدامات بســیاری برای بهبــود بازدهی ا اند، که در ادامههای خورشیدی انجام دادهسلول شود.ها اشاره مین پیشرفتيبه برخی از ا
ارایی ســلولك عوامــل موثر در بهبود 2 مریيدی پليخورش های خورشیدی پلیمریآنچه در مورد ســلول حائز اهمیت است بهبود بازده، میزان جذب نور هاید با مورفولوژیيهای جدو نیز تولید ساختار داریيــری و پايپذــش انعطافيمتنــوع، افزا محیطی اســت. امروزه تمرکز دانشمندان روی های خورشــیدی پلیمریش بازده ســلوليافزا نين عوامل تأثیرگذار در ايتراست. از جمله مهم توان به نوع پلیمر اســتفاده شده، بهبودامر می ولتاژ مدار باز، بهبود میزان جذب نور خورشید و ها اشاره کرد که در ادامه موردتغییر ساختار آن بررسی و مطالعه قرار خواهند گرفت.
هایمرهای مورد استفاده در سلوليپل 1. 2 مریيدی پليخورش هایبه طور کلی، مواد پلیمری دارای الکترون ) بوده کــه با جذب نور خورشــید بارπپــای ( ن مواديشــود، لذا اجاد میيکــی در آن ايالکتر های خورشــیدیقابلیت اســتفاده در ســلول ن مواد به دو دســته اصلیيپلیمــری را دارند. ا شوند. شکل 1 و 2دهنده و گیرنده تقســیم می هاین پلیمرين انواع ايبرخی از آخر دهندهنشان هــادی دهنــده و گیرنــده اســت. اغلبنیمه یهادی، هــادی انتقال دهندههای نیمهپلیمر های دهندهن مواد پلیمريحفره هستند که به ا ن ويترشــود. چهــار نــوع از متداولگفته می ،^2 P3HT ،^1 PFO-DBT هــان پلیمرين ايترمهم اســت. امــروزه، 4 PCDTBT و 3 MEH-PPV ها نیز که دارای گاف انرژیگر از پلیمريبرخی د های خورشیدی پلیمریهستند، در سلولکمی شوند [8-14]. در سال 2012 شاکراستفاده می
.]15[
6 PF8TB و 5 CN-MEH-PPV ی نظیريهاپلیمر
ن)ي(فولر C 19 های کوچــک،و برخــی مولکول
هایبه نام C 70 و C 19 و محلولــی از مشــتقات
هایبــه عنوان گیرنده 8 PC 70 BM و 7 PC 19 BM
ن زمینه صورت گرفته است [19-18].يا
poly (p-phenylenevinylenes) (PPVs) هــا بــه ترتیــب دارای گاف انرژیتیوفنو پلی ولت هســتند. گاف انرژی2/2 و 1/85 الکترون ی جذب 670ولــت دارای لبــه1/85 الکترون
دهد.را نشان می P3HT و Si مختلف توانبــا توجه به تحقیقات صــورت گرفته می ابی بــه بازدهــی حدوديگفــت؛ برای دســت PCBM 10درصد، در صورتی که پلیمر گیرنده دهندهست میزان گاف انرژی پلیمريباباشد، می گر میزانيولت باشــد. از طــرف د1/7 الکترون ش میزان جذبيبر افزاتر عالوهگاف انــرژی کم انيی چگالی جرنور خورشید، میزان بیشــینه ش خواهد داد. شــکل4 انواع مختلفی ازيرا افزا دهدپلیمرهای دهنده و ســیلیکون را نشان می که با کاهش هر چه بیشــتر گاف انرژی میزان ابد. لذا،يش میيان نیز افزايبیشینه چگالی جر کی از موضوعاتی که پژوهشگران رویي همواره ها وابی به پلیمرياند، دســتآن متمرکز شــده های کوچکد با گاف انرژیيهای جدکوپولیمر است. جزئیات مربوط به اثر گاف انرژی به طور گسترده در منابع [23 - 26] مورد بررسی قرار
دیيهای خورشهادی دهنده مورد اســتفاده در سلولمهيهای نمريشــکل 1. برخی از پل ]17 1و۶مری [يپل
باعث اکسید شدن فلز کاتد PEDOT: PSS اسیدی
ماده فعال
الیه بافر Jsc )mA/cm^2 (
FF (درصد) PCE Voc)v( (درصد) )nmضخامت ( نوع الیه
m-MTD ATA /Nd )DBM( 3bath/LiF
1/1 1/69 4 0/081 (^0) LiF
2/2 1/96 5 0/145 0/6 LiF
MDMO-PPV/PCBM/LiF
0/718 (^530) LiF
0/85 21/1 1/2 LiF
MDMO-PPV/PCBM/SiOx
0/718 (^530) SiOx
0/796 ترکم 1/2 SiOx
MDMO-PPV/PCBM/LiF
0/22 10 0 LiF
0/723 54 - LiF
)evگاف انرژی ( بازدهی (درصد) محققان 1/75 15 و همکاران (25) 9 کواکلی 1/45 11 - 15 و همکاران (26) 10 چاربر 1/5 5 - 15 و همکاران (11) 11 رتيمینا 1/9 11 و همکاران (1) 12 کاستر 1/6 14 و همکاران (3) 13 سرواتیس
نه چگالی جریان [22]يشياهش گاف انرژی بر بك راتيشکل 4. تأث
]1۶[ n های بافر نوعمری با الیهيدی پليهای خورشجدول 2. سلول
مری [27]يدی پليهای خورشان گاف انرژی و بازدهی سلوليجدول 1. ارتباط م
ماده فعال
الیه بافر Jsc )mA/cm^2 (
FF (درصد) (درصد) PCE Voc)v( )nmضخامت ( نوع الیه
PEDOT: PSS/ P3HT: PCBM/LiF
0/8 13 8/24 (^0) LiF 0/17 23 8/07 - LiF
PEDOT: PSS/ P3HT: PCBM/CaO
0/8 13 8/24 (^0) CaO 2/85 0/17 18 8/53 - CaO
PEDOT: PSS/ P3HT: PCBM/TiOx
4 0/22 19 10/7 0 TiOx 4/1 0/22 21 10/8 (^35) TiOx
PEDOT: PSS/ P3HT: PCBM/Cs 2 CO 3
2/3 (^0) Cs 2 CO 3 3/1 - Cs 2 CO 3
PEDOT: PSS/P3HT: PCBM/Pentacene
2 0/21 20/19 7/21 (^0) Pentacene
3/09 0/23 10/3 9/56 (^1) Pentacene
PEDOT: PSS/P3HT: PCBM/TiOx
2/3 0/10 54 7/5 (^0) TiOx
5 0/21 66 11/1 (^3) TiOx
PEDOT: PSS/P3HT: PCBM/F-PCBM
3/09 0/55 64 8/72 (^0) F-PCBM
3/70 0/17 70 9/10 (^2) F-PCBM
ماده فعال
Jsc الیه بافر (درصد) PCE Voc )v( )درصد FF( )mA/cm (^2) ( )nmضخامت ( نوع الیه PEDOT: DSS/ a-PANINs/P3HT: PCBM
3/39 0/64 55 8/83 0 PANIN 4/26 0/64 19 10/96 -^ PANIN
TFB: TPDSi 2 /MDMO: PPV: PCBM
1/16 0/74 20/4 4/56 0 TFB: TPDSi 2 2/2 0/89 54/4 4/22 10 TFB: TPDSi 2 (GNPs) / P3HT: PCBM
2/07 0/14 5 5/2 0 GNPs 2/21 0/54 17 6/15 -^ GNPs
V 2 O 5 /P3HT: PCBM
3/18 0/18 18/6 8/95 0 V 2 O 5 3/10 0/18 18/1 8/83 3 V 2 O 5 MoO 3 /P3HT: PCBM /Al
3/18 0/18 18/6 8/95 0 MoO 3 3/33 0/19 21/9 8/94 5 MoO 3
PEDOT: PSS/CuPc/P3HT: PCBM
3/95 0/26 17/1 10/21 0 CuPc 4/13 0/64 10/1 12/54 8 CuPc
AgOx/PEDOT: PSS/P3HT: PCBM
4/4 0/21 66 10/8 0 AgOx
4/8 0/19 23 12/7 -^ AgOx
PEDOT: PSS/SWNT/P3HT: PCBM
4 0/10 6 21/6 0 SWNT 4/9 0/18 10 21/0 -^ SWNT
]1۶[ p های بافر نوعمری با الیهيدی پليهای خورشجدول 3. سلول
نيی ايها بــرای بهبــود کارا[35]. امــا تالش
، پلــی آنیلیــن را بــه عنوانPCBM و P3HT
بازدهی است [36و37].
دانشمندان قرار گرفته است [36-39]. به نظر
ی اشاره نمود [39 و 40].يو روش الکتروشیمیا
کند [40].ها میتيکامپوز
نيکی از بهتري ITO هاین رو هرچند شیشهيا
ITO رســدن ماده، به نظر میياد اينــه زيو هز
- poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)- alt-5,5- (4,7’-di-2-thienyl-2’,1’,3’- benzothiadiazole)]
- poly (3-hexylthiophene)
- poly [2-methoxy-5- (2’-ethyl- hexyloxy) -1,4-phenylene vinylene]
- poly[N-9’-hepta-decanyl-2,7- carbazole-alt-5,5-(4’,7’-di-thienyl- 2’1’,3’-b3nzothiadizaole)]
- poly-[2-methoxy-5,2’- ethylhexyloxy]-1,4- (1-cyanovinylene) -phenylene]
- poly (9,9’-dioctylfluorene-co-bis- N,N’- (4-butylphenyl) -bis-N,N’-phenyl- 1,4-phenylenediamine)
- 6,6-phenyl-C21-butyric acid methyl ester
- 6,6-phenyl-C71-butyric acid methyl
ester
- Coakley
- Scharber
- Minnaert
- Koster
- Servaites
1.T.Ito. H Fukushima’ M Yamaguchi. Solar Energy Materials & Solar Cells 83 (2004) 91–99.
2.J Lee, N. Lakshminarayan ‘S.K. Dhungel ‘K Kim ‘J Yi. Solar Energy Materials & Solar Cells 93 (2009) 256-261.
3.S.H. Park, A. Roy, S. Beaupre ´, S. Cho, N. Coates, J.S. Moon, D. Moses, M. Leclerc, K. Lee, A.J. Heeger, Nature Photonics 3 (2009) 11–33.
- Y.Y. Liang, D.Q. Feng, Y. Wu, S.T. Tsai, G. Li, Gang, C. Ray, L.P. Yu. American Chemical Society. 14 (2009) 7792–
- E.A. Katz, S. Gevorgyan, M.S. Orynbayev, F.C. Krebs, Applied Physics 36 (2007) 25-37.
6.S-Gh Ihn, K.S.Shin, M.JinJin, X.Bulliard, S.y.Yun, Y.S.Choi. Y.Kim, J.H.Park, M.Sim, M Kim, K Cho, T Kim, D Choi, J. Y.Choi, W.Choi , S. Kim. Solar Energy Materials & Solar Cells 95 (2011) 1610–1614.
7.M.Kohlstädt, M.Grein, P.Reinecke, T.Kroyer, B.Zimmermann, U.ürfel. Solar Energy Materials & Solar Cells 117 (2013) 98–
8.X. Gong, M.H. Tong, Y.J. Xia, W.Z. Cai, J.S. Moon, Y. Cao, G. Yu, C.L. Shieh, B. Nilsson, A.J. Heeger, Science 55 (2009) 1626–
9.F. Banishoeib, A Henckens, S Fourier, G Vanhooyland, M Breselge, J Manca, T.J Cleij, L Lutsen, D Vanderzande, L.H Nguyen, H Neugebauer, N.S Sariciftci, Thin Solid Films 106 (2008) 3978–3988.
10.F. Banishoeib, P. Adriaensens, S. Berson, S. Guillerez, O. Douheret, J. Manca, S. Fourier, T.J. Cleij, L. Lutsen, D. Vanderzande. Energy Material Sol. Cells 91 (2007) 1026–1037.
11.C.Y. Yu, C.P. Chen, S.H. Chan, G.W. Hwang, C. Ting. Chemical Material 21 (2009) 522–569.
12.W. Yue, Y. Zhao, S.Y. Tian, Z.Y. Xie, Y.H. Geng, F.S. Wang,. Material Chemical 19 (2009) 2199- 2206.
13.M.Nam, S.Kim, S.Kim , S.Jeong, S.W.Kim, K. Lee. Solar Energy Materials & Solar Cells126 (2014) 163–
14.B Gao, C Gao , H Wu, W Que, W Wei..Materials Letters 122 (2014) 74–
15.S Ebrahim, T M. Abdel-Fattah, M Soliman, M Hafez, ECS transactions, Vol 41, Issue 4, (2011), 135-140.
16.Wanzhu C., Xiong G., Yong C., , Solar Energy Materials & Solar Cells, 94, (2010) 111–114.
17.Antonio F. Materials Today, 16 (2013) 123– 18.Y. Zhanga, Zh. Lib, S. Wakima, S. Alema, S.Tsanga. Organic Electronics 12, (2011) 1211–1215.
19.E -Gutiérrez , J-L Maldonado, J Nolasco, G R-Ortíz, M Rodríguez, U.M-De la Torre, M-A M.Nava, O. Barbosa-García, H G-Ortega, N. Farfán, G Granados, R Santillan, E Juaristi. Optical Materials. 36, (2014) 1336–
20.C. Winder, N.S. Sariciftci,. Material Chemical, 14 (2004) 1077– 21.M.C. Scharber, D. M¨ uhlbacher, M. Koppe, P. Denk, C. Waldauf, A.J. Heeger, C.J.Brabec,. Advance Material 18 (2006) 789–794. 22.W Matthew, U Ashraf., Solar Energy Materials & Solar Cells.107 (2012) 87– 23.G. Dennler, M.C. Scharber, C.J. Brabec, Advance Material 21 (2009) 1– 24.C. Winder, N.S. Sariciftci, Material Chemical 14 (2004) 1077– 25.D K. Susarova, Andre E. Goryachev, D V. Novikov, N N. Dremova. S M. Peregudova V F. Razumov, P A. Troshin. Solar Energy Materials and Solar Cells 120, (2014) , 30–36. 26.C. Barone, G.Landi, A.DeSio, H.C.Neitzert, S.Pagano. Solar Energy Materials& Solar Cells 122 (2014) 40– 27.M.C. Scharber, N.S. Sariciftci, Progress in Polymer Science 38 (2013) 1929–1940. 28.C.J. Brabec, A. Cravino, D. Meissner, N.S. Sariciftci, T. Fromherz, M.T. Rispens, L. Sanchez, J.C. Hummelen, Material 11 (2001) 374–240. 29.W.J.H. Gennip, J.K.J. van Duren, P.C. Th¨ une, Chemical Physics 117 (2002) 94–935. 30.H. Gommans, B. Verreet, B.P. Rand, R. Muller, J. Poortmans, P. Heremans, J.Genoe, Material 18 (2008) 3686– 31.P Li, X Li , Ch Sun, G. Wang, J. Li, T. Jiu , J. Fang, Solar Energy Materials and Solar Cells. 126, (2014) , 36– 32.S. Gunes, H. Neugebauer, N.S. Sariciftci, Chemical Reviews. 107 (2007) 1324- 1338. 33.H. Hoppe, N.S. Sariciftci. Science 214 (2008) 1–86. 34.K. Takanezawa, K. Tajima, K. Hashimoto, Applied Physics Lett. 93 (2008) 02324-1-3.
- J. Yan, T. Ni, F. Zou, Li.Zhang, D.Yang,. Diamond and Related Materials 41, (2014) , 79–83. 36.C. Oueiny, S.Berlioz, F-X. Perrin. Progress in Polymer Science 39,) 2014 (,707–748. 37.H.Niua, Sh. Qin.X.Mao, Sh.Zhang, R.Wang, L.Wan, J.X.Miao. Axle-sleeve. Electrochimica Acta. 121, (2014) , 285– 38.S. AbdulAlmohsin, Z. Li, M. Mohammed, K. Wu, J. Cui, Synthetic Metals 162 (2012) 931– 935 39.Dao-jun Guo, Hu-lin Li, Solid State Electrochem 9 (2005): 445– 40.Sambhu B., Dipak K., Nikhil K. S., J.H. Lee, Progress in Polymer Science. 34. (2009). 783–810.
