نانومقیاس

نانومقیاس

سنتز نانوذرات اکسید آلومینیوم به روش سل-ژل و بررسی اثر فازهای α و γ آن‌ها به‌عنوان لایه مزومتخلخل بر خواص ساختاری، اپتیکی و فتوولتائیک سلول‌های خورشیدی پروسکایتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته
2 دانشکده فیزیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
3 گروه نیمه هادی ها، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیالت تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، کرمان
4 گروه فیبرنوری، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیالت تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، کرمان
5 گروه لیزر، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیالت تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، کرمان
10.22034/ns.2026.2091857.1435
چکیده
در این پژوهش، نانوذرات α-Al2O3 و γ-Al2O3 به روش سل-ژل سنتز شده و پس از تهیه خمیر مزومتخلخل، به‌عنوان زیرلایه پروسکایت در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با ساختار FTO/Compact TiO2/Mesoporous Al2O3/CH3NH3PbI3/CuInS2/Au به‌کار گرفته شدند. هدف این مطالعه بررسی تأثیر فاز بلوری اکسید آلومینیوم بر خواص ساختاری، اپتیکی و عملکرد فتوولتائیک لایه پروسکایت CH3NH3PbI3 بود. ویژگی‌های ساختاری نمونه‌ها با استفاده از آنالیزهای XRD و SEM بررسی شد. نتایج نشان داد که زیرلایه γ-Al2O3 موجب بهبود تبلور پروسکایت شده و اندازه بلورک پروسکایت را از 29/44 به 82/45 نانومتر افزایش می‌دهد. همچنین متوسط اندازه بلور‌های پروسکایت از 410 نانومتر در نمونه با زیرلایه α-Al2O3 به 470 نانومتر در نمونه با زیرلایه γ-Al2O3 افزایش یافت که نشان‌دهنده رشد بهتر بلورها و کاهش مرزدانه‌های لایه پروسکایت است. بررسی خواص اپتیکی نشان داد که پروسکایت رشد یافته روی زیرلایه γ-Al2O3 جذب نوری بیشتر و کیفیت اپتیکی بهتری دارد. گاف انرژی مستقیم برای نمونه‌های با زیرلایه های α-Al2O3 و γ-Al2O3 به‌ترتیب 566/1 و eV 533/1 و گاف انرژی غیرمستقیم 521/1 و eV 488/1 به‌دست آمد. اختلاف eV 045/0 میان گاف‌های انرژی به اثر راشبا نسبت داده شد. همچنین کاهش انرژی اورباخ از eV 186/0 برای پروسکایت با زیرلایه -Al2O3α به eV 170/0 برای نمونه با زیرلایه γ-Al2O3 نشان‌دهنده کاهش بی‌نظمی ساختاری و نقص‌های الکترونیکی است. بهبود خواص ساختاری و اپتیکی برای پروسکایت با زیرلایه γ-Al2O3 موجب افزایش عملکرد سلول خورشیدی برپایه این زیرلایه شد؛ به‌طوری‌که بازده تبدیل توان از 01/6% برای سلول خورشیدی بر پایه α-Al2O3 به 81/6% برای سلول خورشیدی بر پایه γ-Al2O3 افزایش یافت. این نتایج نشان می‌دهد که γ-Al2O3 به‌عنوان لایه مزومتخلخل، با بهبود رشد بلوری، کاهش نقص‌ها و افزایش جذب نور لایه پروسکایت، می‌تواند عملکرد سلول‌های خورشیدی پروسکایتی را ارتقا دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Sol-Gel Synthesis of Aluminum Oxide Nanoparticles and Investigation of the Effect of α- and γ-Al₂O₃ Phases as a Mesoporous Layer on the Structural, Optical, and Photovoltaic Properties of Perovskite Solar Cells

نویسندگان English

Naser Jahanbakhshi Zadeh 1
Mahmood Borhani Zarandi 2
Mohammad Bagher Askari 3
milad Sani 4
Mohsen Shojaeifar 5
1 Department of Semiconductor, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
2 Department of Physics, Yazd University, Yazd, Iran
3 Department of Semiconductor, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
4 Department of Fiber Optic, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
5 Department of Laser, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده English

In this study, α-Al2O3 and γ-Al2O3 nanoparticles were synthesized via the sol–gel method and employed as mesoporous layer in perovskite solar cells with the structure of FTO/Compact TiO2/Mesoporous Al2O3/CH3NH3PbI3/CuInS2/Au. The aim of this study was to investigate the effect of the crystalline phase of aluminum oxide on the structural, optical, and photovoltaic properties of the CH3NH3PbI3 perovskite layer. The structural characteristics of the samples were evaluated using XRD and SEM. The results revealed that the γ-Al2O3 scaffold improved the crystallization of the perovskite layer and increased the perovskite crystallite size from 44.29 to 45.82 nm. Moreover, the average grain size of the perovskite layer increased from 410 nm for the α-Al2O3-based sample to 470 nm for the γ-Al2O3-based sample, indicating enhanced crystal growth and reduced grain boundaries in the perovskite layer. Optical investigations demonstrated that the perovskite layer grown on the γ-Al2O3 scaffold exhibited higher light absorption and improved optical quality. The direct band gaps for the α-Al2O3 and γ-Al2O3-based samples were determined to be 1.566 and 1.533 eV, respectively, while the indirect band gaps were 1.521 and 1.488 eV, respectively. The 0.045 eV difference between the direct and indirect band gaps was attributed to the Rashba effect. Furthermore, the reduction of the Urbach energy from 0.186 eV for the α-Al2O3-based perovskite to 0.170 eV for the γ-Al2O3-based sample indicated decreased structural disorder and electronic defects. The improved structural and optical properties of the perovskite layer on the γ-Al2O3 scaffold enhanced the photovoltaic performance of the corresponding solar cell, increasing the power conversion efficiency from 6.01% for the α-Al2O3-based device to 6.81% for the γ-Al2O3-based device. These results demonstrate that γ-Al2O3 as a mesoporous scaffold can effectively improve the performance of perovskite solar cells by enhancing crystal growth, reducing defects, and increasing light absorption in the perovskite layer.

کلیدواژه‌ها English

Perovskite solar cell
Aluminum oxide
Optical properties
structural properties
Substrate

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 01 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 06 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 27 مرداد 1405