بررسي ويژگي‌هاي فتوولتايي سلول خورشيدي بسپاري حاوي نقاط كوانتومي با ليگاند پروسكايتي

Evaluation of photovoltaic properties of polymeric solar cell comprising quantum dots with perovskite ligands

در مطالعه حاضر براي نخستين بار اثر حضور نقاط كوانتومي سرب سولفيد و تعويض ليگاند آن از ليگاند عايق و بلند زنجيره اولئيك اسيد به ليگاند پروسكايتي كوتاه زنجيره متيل‌آمونيم‌سرب يديد بر ويژگي‌هاي فتوولتايي سلول خورشيدي ناهمگون حجمي بر پايه بسپار پلي‌تري‌هگزيل‌تيوفن (P3HT) و يكي از مشتقات فولرن‌ها (PC61BM) موردبررسي قرارگرفته است. نتايج طيف جذبي به‌دست‌آمده در محدوده طول‌موج‌هاي مرئي و نزديك به فروسرخ، بهبود جذب فوتون بسپار P3HT براثر حضور نقاط كوانتومي حاوي هر دو نوع ليگاند را نشان مي‌دهد. همچنين، نتايج اندازه‌گيري طيف نشري نيز بيانگر بهبود جدايش اگزيتون در سلول‌هاي خورشيدي سه‌تايي نسبت به نوع دوتايي آن است، به‌گونه‌اي كه نتايج يادشده انتقال الكترون از P3HT به نقاط كوانتومي و انتقال حفره از نقاط كوانتومي به P3HT را در فيلم‌هاي فعال نوري حاوي نقاط كوانتومي با هر دو نوع ليگاند را اثبات مي‌كند. اندازه‌گيري ويژگي‌هاي فتوولتايي سلول‌هاي خورشيدي تهيه‌شده، بيانگر اين مطلب است كه استفاده از نقاط كوانتومي حاوي ليگاند پروسكايتي سبب افزايش بيشتر بازدهي سلول خورشيدي مي‌شود، به‌گونه‌اي كه با افزودن 6% وزني نقاط كوانتومي حاوي ليگاند پروسكايتي، بازدهي سلول خورشيدي به مقدار 6% افزايش مي‌يابد. اين در حالي است كه حضور نقاط كوانتومي حاوي ليگاند اولئيك اسيدي نه‌تنها سبب بهبود بازدهي سلول خورشيدي نمي‌شود، بلكه بازده تبديل سلول را نيز كاهش مي‌دهد. اين تفاوت را مي‌توان به عايق بودن زنجيرهاي طويل اولئيك اسيد و بيشتر بودن سرعت حركت ذرات باردار در لايه فعال نوري حاوي نقاط كوانتومي با ليگاند پروسكايتي ارتباط داد.

In the present study, attempts have been made for the first time to investigate the influence of lead sulfide (PbS) colloidal quantum dots along with their ligand exchange from long-chain insulating oleic acid )OA) to the short-chain semiconducting methylammonium lead iodide )MA4PbI6), called perovskite, upon the photon harvesting efficiency and photovoltaic characteristics of bulk heterojunction (BHJ) polymeric solar cell comprising ternary photo active layer based on poly )3-hexyl thiophene))rrP3HT) as electron donor and PC 61BM as acceptor. According to the photo absorption spectrum obtained within UV-Vis and NIR regions, the ternary cells based on OA and MA4PbI6 capped PbS exhibit enhanced photon harvesting efficiency compared with their binary counterpart cell. The steady state photoluminescence results reveal efficient electron transfer from photoexcited P3HT to QDs and hole transfer from photoexcited QDs to P3HT, leading to the improved power conversion efficiency (PCE) of the ternary cells. However, compared with OA, the semiconducting perovskite )MA4PbI6) ligand shows to be much more effective in increasing power conversion efficiency, so that 6% improvement in PCE is seen by the introduction of 6% PbS QD capped with perovskite ligand unlike PbS QD with OA ligand which had adverse effect on the photovoltaic properties of P3HT: PC61BM solar cell. This is explained to be due to the insulating characteristic of long chain OA as well as improved charge carrier transport in the case of PbS capped perovskite based ternary solar cells.