جرت في معهد الليزر للدراسات العليا جامعة بغداد مناقشة اطروحة الدكتوراه الموسومة
” الأغشية الرقيقة للخلية الشمسية عالية الأداء من البيروفسكايت البلازمونية”
للطالبة نور محمد عبد الملك وبأشراف الاستاذ الدكتور حسين علي جواد
تناول البحث موضوع الجسيمات النانوية البلازمونية لها القابلية على امتصاص وحصر الضوء بكفاءة. النوع الجديد من خلايا البيروفسكايت يمثل تطوراً واعداً في تكنولوجيا الخلايا الشمسية. في هذا البحث تم استخدام عدة طرق نظرية وعملية لدراسة التصاميم الجديدة من خلايا البيروفسكايت البلازمونية عالية الأداء.
في الجزء النظري، تم تصميم خليتين نوع البيروفسكايت البلازمونية مع جسيمات الألمنيوم النانوية الموزعة بشكل عشوائي. دُرست الخلايا المفترضة نظرياً (بطريقة العنصر المحدود) ثلاثية الأبعاد باستخدام برنامج الكومسول النسخة السادسة لتحسين الأداء البصري والكهربائي. تم دراسة العوامل المؤثرة (العدد، نصف القطر، الموقع، التغطية الجزئية، السمك، واخيراً تركيز الإشابة).
الخلية الأولى هي خلية بيروفسكايت مع ثنائي أوكسيد النيكل المشوب بعنصر الكوبلت وبوجود الألمنيوم.
(FTO/Al-TiO2/CH3NH3PbI3/Co-NiO/Al)
والخلية الثانية هي خلية بيروفسكايت مع أوكسيد النحاس المشوب بعنصر الكوبلت وبوجود الألمنيوم
(FTO/Al-TiO2/CH3NH3PbI3/Co-CuO/Al)
بالإضافة الى ذلك تم تصميم الخلايا المصدرية لكلتا الخليتين.
(FTO/ TiO2/CH3NH3PbI3/Co-NiO/Al( و(FTO/ TiO2/CH3NH3PbI3/ CuO/Al)
أظهرت النتائج للخلية المفترضة الأولى ان هنالك تحسن في التيار الضوئي بمقدار 8.2% في حين كان هناك تحسناً كبيراً في الخلية المفترضة الثانية قدره 23.6% مقارنة بالخلايا المصدرية. إن دراسة المجال الكهربائي أظهرت وجود هالة حول جسيمات الألمنيوم النانوية حيث كان هناك تحسناً واضحاً في المجال الكهربائي على خارطة التوزيع للخلايا. أن الأداء البصري قد تحسن بشكل واضح لخلايا البيروفسكايت بوجود جسيمات الألمنيوم النانوية بسبب مشاركة المجال الكهربائي القريب وتأثير التشتت للجسيمات البلازمونية. أن هذا التحسن في الخلايا المفترضة يفتح آفاقاً جديدة لخلايا البيروفسكايت مع مختلف الجسيمات المعدنية البلازمونية للحصول على أداء بصري وكهربائي فعّال. أظهرت خصائص التيار والفولتية لخلية البيروفسكايت الشمسية البلازمونية أعلى كثافة تيار 36.9 ملي امبير / سم2 وكفاءة تحويل الطاقة 21.9% بينما الخلية المصدرية أظهرت 31.6 ملي أمبير/سم2 وكفاءة تحويل الطاقة 18.9%.
في الجزء العملي، تم استخدام طريقة الترسيب بالليزر النبضي باستخدام الليزر الليفي بأمد النانو ثانية بمعلمات مختلفة للحصول على طبقة انتقال الإلكترونات. تأثير مَعلمات الليزر على التركيب المايكروي، البصري، وكذلك جغرافية السطح قد دُرِست بشكل تفصيلي باستخدام حيود الأشعة السينية، أطياف المناطق فوق البنفسجية والمرئية، مجهر القوة الذرية، وكذلك المجهر الإلكتروني الماسح. لوحظ من خلال النتائج المتحصلة أن تركيب غشاء ثاني أوكسيد التيتانيوم يحوي على طور مختلط. أظهرت النتائج أن هنالك إمكانية لتصميم غشاء رقيق لتطبيقات الكهروضوئية بوجود ثنائي أكسيد التيتانيوم كطبقة انتقال الالكترونات.
إن بناء طبقة انتقال الفجوات باستخدام الأكاسيد المعدنية الانتقالية الغير عضوية مثل أوكسيد النحاس مع خصائص محددة كهربائية وبصرية بالإضافة الى تركيب فجوة طاقة مثالية يقدم نموذجاً لتطبيقات كثيرة في مجال خلايا البيروفسكايت. إن عملية تشويب الأكاسيد المعدنية الانتقالية بعنصر الكوبلت أعطت نتائج جيدة من ناحية الثبات وقوة حركية الناقلات والتي تلعب دوراً مهماً في خلايا البيروفسكايت كطبقة انتقال فجوات غير عضوية. ظهر نقصان واضح في فجوة الطاقة من 1.6 الكترون فولت لأوكسيد النحاس غير المشوب الى 1.1 الكترون فولت لأوكسيد النحاس المشوب بـ 1% من عنصر الكوبلت.
تم تحضير واختبار مختلف أنواع خلايا البروفسكايت مع مختلف الأنيونات مثل الكلور والبروم. بينت نتائج فحوصات حيود الأشعة السينية ظهور الطور المكعب لخلايا البيروفسكايت. نتائج الدراسات البصرية أظهرت تغييراً هاماً في الخصائص البصرية والإلكترونية مما أدى إلى تعديل في التشغيل الكهروضوئي. لوحظ أن امتصاصاً عالياً ظهر في المناطق الطيفية فوق البنفسجية والمرئية. الصور لمجهر الماسح الضوئي العلوية والجانبية بينت أن هنالك تركيباً متجانساً وكثيفاً مضغوطاً. بينت الصور الى ان طريقة التصنيع مناسبة لخلايا البيروفسكايت الشمسية عالية النوعية. كان أفضل أداء للخصائص البصرية والكهربائية هو لخلية البيروفسكايت البلازمونية المحضّرة. (FTO/Al-TiO2/CH3NH3PbI3/Co-CuO/Al)
