طراحی، ساخت و مشخصه یابی سلول نانوساختاری خورشیدی با استفاده از مواد آلی و پلیمری

در تحقیقات اخیر سلول های خورشیدی آلی ‎(پلیمری)‎ نانوساختار به دلیل انعطاف پذیری، هزینه تولید کمتر، ساخت آسان تر در سطوح گسترده و آلودگی کمتر زیست محیطی بیشتر از سلول های معدنی مورد توجه قرار گرفته اند. افزایش بازدهی و نیمه عمر این نوع سلول ها دو پارامتر مهم برای کاربردهای تجربی هستند. در این پژوهش ابتدا با استفاده از شبیه سازی اپتیکی (نظریه ماتریس انتقال)، ضخامت بهینه ساختارهای سه لایه ای نانو ساختاری دی الکتریک/ فلز/ دی الکتریک با فلزات آلومینیوم، نقره، طلا و مس و با دی الکتریک روی سولفید تعیین شد. این ساختارهای سه لایه ای علاوه بر رسانندگی و عبور نوری بالا از پایداری شیمیایی و حرارتی مطلوبی برخوردار هستند. پس از یافتن ضخامت های بهینه، ساختارهای سه لایه ای ساخته و بازپخت شدند و با استفاده از نتایج پراش اشعه ایکس، تصویر میکروسکوپ الکترونی، طیف تراگسیل و مقاومت سطحی مورد تجزیه و تحلیل اپتیکی، الکتریکی و ساختاری قرار گرفتند. آنگاه ساختار بهینه جهت استفاده در آند سلول خورشیدی معرفی گردید. سپس، نقش و ضخامت بهینه اجزاء تشکیل دهنده سلولی با ساختار ‎ anode/pedot:pss/cupc(20 nm)/c60(40 nm)/bcp(7 nm)/cathode(100 nm) با محاسبه عبور، بازتاب، جذب، شدت میدان الکتریکی و آهنگ تولید اکسایتون مورد بحث و بررسی قرار گرفت و ضخامت بهینه هر لایه مشخص گردید. در این راستا ابتدا تأثیر کاتد با فلزات نقره، آلومینیوم، مس، طلا، کروم، کلسیم و ایندیم مورد بررسی و نتایج آن مورد تفسیر قرار گرفت. با استفاده از نتایج تجربی و شبیه سازی مشخص شد فلز مس خواص فیزیکی مشابهی با فلز نقره دارد. جهت بررسی تاثیر عوامل محیطی (اکسیژن و رطوبت) بر عمر سلول، زمان بهینه کپسول سازی برای دو کاتد آلومینیوم و مس تعیین شد. در ادامه با انتخاب فلز مس به عنوان کاتد و ماده ایتریم فلوراید به عنوان لایه کپسول کننده، تأثیر لایه های سدکننده اکسایتون (مانند‎(cupc,bcp,alq3,bphen,pbd,lif بر عملکرد و زمان عمر این نوع سلول (در طی پنج ماه) بررسی و با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج نشان داد که محافظت کاتد مس در مقابل نفوذ اکسیژن و رطوبت به داخل سلول نسبت به کاتدهای نقره و آلومینیوم بهتر است و با استفاده از لایه های بافر ‎ cupc ‎ و ‎ lif ‎ می توان نیمه عمر سلول را به بیش از سه ماه افزایش داد.