Perovskite Nanokristallerin Sentezi ve Organik Güneş Hücrelerindeki Uygulamaları

Abstract

Perovskit, son yıllarda yüksek verimli fotovoltaik malzemeler olarak dikkat çekmiş ve özellikle nanokristal uygulamalarında önemli bir rol oynamıştır. Perovskit nanokristaller, güneş enerjisinin dönüşüm verimliliğini artırma potansiyeline sahip, bu da organik güneş hücreleri için önemli bir gelişme sağlamaktadır. Bu çalışmada, toksik ve çevresel zorluklar nedeniyle organik-inorganik kurşun esaslı perovskit bileşiklere alternatif olarak görülen CsPbX3 (X=Cl, Br, I) perovskit nanokristallerinin (Per-NK) sentezi ve organik güneş hücrelerinde (OGH) kullanımı incelenmiştir. Per-NK'ların sentezi için ligand destekli yeniden çöktürme yöntemi kullanılmıştır. P3HT:PCBM çözeltisi içerisine çeşitli halojen bileşimlerine sahip 3 farklı Per-NK katkılanarak ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:Per-NK/Ag konfigürasyona sahip OGH' leri üretilmiştir. Bant aralıkları enerjisi CsPbClxBr3-x, CsPbIxCl3-x ve CsPbIxBr3-x için sırasıyla 2,01, 2,25 ve 2,41 eV olarak hesaplanmıştır. Katkısız P3HT:PCBM yüzeyinin Eg değeri, 1,889 eV olarak belirlenmiştir. CsPbClxBr3-x, CsPbIxCl3-x ve CsPbIxBr3-x katkılanmış P3HT:PCBM ince filmleri için sırasıyla 1,875, 1,884 ve 1,866 eV' a düştüğü görülmektedir. Referans hücrede 5,797 mA cm -2 Jsc, 0,296 V Voc, %29,1 dolum faktörü (FF) ve %0,495 enerji dönüşüm verimi elde edilmiştir. CsPbIxBr3-x ile hazırlanan aygıt, 6,904 mA cm -2 Jsc, 0,31 V Voc ve %30,4 FF ile enerji dönüşüm veriminde %0,650'lik bir değerle referans aygıta göre gelişme göstermiştir. Bu aygıtın verimlilik artışı temel olarak Voc, Jsc ve FF artışı ile ilişkilendirilmiştir. Bu araştırma, organik güneş pillerinin performansı iyileştirmesi için yeni stratejiler geliştirilmesine yönelik önemli bulgular sunmayı amaçlamaktadır.Perovskite has attracted attention as high efficiency photovoltaic materials in recent years and has played an important role especially in nanocrystal applications. Perovskite nanocrystals have the potential to increase the conversion efficiency of solar energy, which provides a significant development for organic solar cells. In this study, the synthesis of CsPbX3 (X=Cl, Br, I) perovskite nanocrystals, which are considered as an alternative to organic-inorganic lead-based perovskite compounds due to toxic and environmental difficulties, and their use in organic solar cells were investigated. Ligand-assisted reprecipitation method was used for the synthesis of Per-NCs. The production of these perovskites was carried out by spin coating method and their performances were optimized with different halogenide contents. OSCs with ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:Per-NK/Ag configurations were produced by doping Per-NCs into P3HT:PCBM solution. The band gap energies were calculated as 2.01, 2.25 and 2.41 eV for CsPbClxBr3-x, CsPbIxCl3-x and CsPbIxBr3-x, respectively. It is observed that it decreases to 1.875, 1.884 and 1.866 eV for CsPbClxBr3-x, CsPbIxCl3-x and CsPbIxBr3-x doped P3HT:PCBM thin films, respectively. In the reference cell, 5.797 mA cm -2 Jsc, 0.296 V Voc, 29.1% fill factor (FF) and 0.495% energy conversion efficiency were obtained. The device prepared with CsPbIxBr3-x showed an improvement of 0.650% in energy conversion efficiency with 6.904 mA cm -2 Jsc, 0.31 V Voc and 30.4% FF compared to the reference device. The efficiency increase of this device was mainly associated with the increase in Voc, Jsc and FF. This research aims to provide important findings for the development of new strategies for the performance improvement oforganic solar cells.