Date of Award

4-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Physics

First Advisor

Adel Najar

Second Advisor

Saleh Thaker Mahmoud

Third Advisor

Kais Daoudi

Abstract

Solution-processing organic–inorganic hybrid perovskites have emerged as new generation and promising light-harvesting materials for photovoltaic technology and photonic applications such as solar cells, light emitting diodes and laser. The aim of this thesis is to boost the power conversion efficiency of planer perovskite solar cell by either using perovskite structure layer, or by doping perovskite thin film with metal ion to enhance the morphological, structure and optical properties of the perovskite thin film.

The first proposed perovskite layer is based on CH₃NH₃PbBr₃ and was fabricated using one step self-assembly method. The method is appropriate to produce CH₃NH₃PbBr₃ microstructures in form of micro-wires, microplates and micro-cubes. The microstructures exhibit a cubic phase structure. The growth starts from the periphery and propagate to the center, giving forms of hollow cubes when the growth is not finished, and each cube is the superposition of several perovskite layers. The optical properties show an absorption peak at 523 nm and emission peak at 537 nm. On the other hand, the second layer is based on CH₃NH₃PbI₃ thin film doped with the monovalent metal ions Cu⁺ and Ag⁺. The thin films were fabricated using one-step solution process. The results indicate that doping CH₃NH₃PbI₃ thin film with small amount of Cu⁺ and Ag⁺ ions have modified the morphology and structure of the perovskite layer by enhancing the surface coverage and the perovskite conversion process. Besides, the optical properties show an improvement in the absorption and PL intensities. Based on these results, the perovskite solar cells were synthesized based on CH₃NH₃PbI₃ thin film doped with different concentrations of Cu⁺ ion. The consequences of altering the concentration of the Cu⁺ ion on the performance of the perovskite solar cell, were investigated. It was found that doping perovskite solar cell with small amount of Cu⁺ ion increased the power conversion efficiency of the solar cell from about 16.3% to 18.2%. While, the excessed amount of Cu⁺ ion led to a decrease in the power conversion efficiency of the perovskite solar cell to 4.4%.

Comments

برزت مواد البيروفسكايت الهجينة العضوية-غير عضوية كجيل جديد ومواد واعدة يمكن استخدامها في التكنولوجيا الكهروضوئية والتطبيقات الضوئية مثل الخلايا الشمسية والثنائيات الباعث للضوء (LEDs) والليزر. تهدف هذه الأطروحة إلى زيادة كفاءة تحويل الطاقة لخلية البيروفسكايت الشمسية إما باستخدام طبقة من هياكل البيروفسكايت، أو عن طريق تطعيم طبقة البيروفسكايت الرقيقة بأيون معدني لتعزيز خصائصها المورفولوجية والبنيوية والبصرية.

المقترح الأول يعتمد على تصنيع هياكل ميكروية من بيروفسكايت CH₃NH₃PbBr₃ باستخدام طريقة التجميع الذاتي بخطوة واحدة. هذه الطريقة مناسبة لإنتاج هياكل CH₃NH₃PbI₃ في شكل أسلاك، ألواح ومكعبات ميكروية. تُظهر هذه الهياكل بنية ذات طور مكعب. كما تظهر النتائج ان نمو هذه الهياكل يبدأ من المحيط ثم ينتشر إلى الوسط، مع إعطاء أشكال من المكعبات المجوفة عند عدم انتهاء النمو، ويكون كل مكعب عبارة عن تراكب لعدة طبقات من البيروفسكايت. بإضافة الد ذلك، تظهر الخصائص البصرية ذروة امتصاص عند 523 نانومتر وذروة الانبعاث عند 537 نانومتر. في الجانب الآخر، يعتمد المقترح الثاني على تطعيم طبقة بيروفسكايت CH₃NH₃PbI₃ الرقيقة بالأيونات المعدنية الأحادية التكافؤ Cu⁺ و .Ag+ تشير النتائج إلى أن تطعيم بيروفسكايت CH₃NH₃PbBr₃ بكمية صغيرة Cu⁺و Ag⁺ قد حسنت مورفولوجيا وبنية طبقة البيروفسكايت من خلال زيادة مساحة التغطية السطحية وتحسين عملية تحويل المواد المتفاعلة. بينما تظهر الخصائص البصرية تحسنا في كثافة الامتصاص والانبعاث.

بنا ء على النتائج السابقة، تم اختيار تصنيع خلايا بيروفسكايت شمسية باستخدام ببيروفسكايت CH₃NH₃PbBr₃ مطعم بكمية مختلفة من أيون Cu⁺ تم دراسة أثر تغيير تركيز أيون Cu⁺ على أداء الخلية الشمسية. وجد أن خلية البيروفسكايت الشمسية التي تحتوي على كمية صغيرة من أيون Cu⁺ قد زادت كفاءة تحويل الطاقة للخلية الشمسية من 6.3 ٪ إلى 18.2 ٪، بينما الكمية الزائدة من أيونات Cu⁺ أدت إلى خفض كفاءة تحويل الطاقة للخلية الشمسية إلى 4.4 %.

Download

Included in

Physics Commons

Share

COinS