Pbdb-t polimeri bilan yuqori samaradorli va barqaror perovskit quyosh elementlari

PBDB-T POLIMERI BILAN YUQORI SAMARADORLI VA BARQAROR PEROVSKIT QUYOSH ELEMENTLARI
Boynazarov I.R.¹, Xidirov B.G’.¹, Turg’unboyev A.Y.¹, Saparbayev A.A.^1,2
1O‘Z. R. FA. akademiyasi U.A. Arifov nomidagi ion-plazma va lazer texnologiyalari instituti,
²Mirzo Ulugʻbek nomidagi O`zbekiston Milliy Universiteti
Soʻnggi yillarda organik-noorganik gibrid perovskitlar o'zlarining mukammal optoelektronik xususiyatlari, keng sohali yuqori yutilish koeffitsienti, eksitonlarning bog’lanish energiyasining pastligi, zaryad tashuvchilarning uzoq diffuziya uzunligi tufayli dunyo olimlarining diqqatini o’ziga tortmoqda. Shu bilan birga, perovskit materiallarining bir muncha arzonligi uni keng miqyosda ishlab chiqarish uchun katta imkoniyatlar yaratadi. Perovskitlarning yuqorida aytib o'tilgan afzalliklarini hisobga olgan holda olingan perovskit quyosh element(PQE) lari keng qamrovli o'rganilmoqda va PQElarning zamonaviy samaradorligi 25,2% dan oshdi, hamda deyarli kremniyga asoslangan quyosh elementlari erishgan qiymatga yetdi. ^[4-5]
Perovskit plyonkalari laboratoriya sharoitida eritma orqali “spin coating” usulida tayyorlanadi. “spin coating” usul laboratoriya sharoitida birmuncha qulay va maxsus sharoit talab etilmasligi bilan eng ko’p qo’llaniladigan tayyorlash usullaridan hisoblanadi. Ya’ni tayyorlash jarayonida maxsus vakuumli muhit yoki yuqori harorat talab etilmaydi. Biroq, shunga qaramay bunday usulda tayyorlangan PQElar bir qancha nuqsonlarga ega bo’ladi. Ya’ni bir-biri bilan muvofiqlashtirilmagan ionlar va o’zaro bog’lanishi uzilgan bog’larga ega polikristall struktura xosil bo’ladi. Bu nuqsonlar zaryadlar tashilishining yomonlashuvi va qurilma interfeysida ortiqcha zaryad to’planib rekombinatsiya markazlari xosil bo’lishiga olib keladi, bu esa PQE larning ishlashi va barqarorligini yomonlashtiradi. Bundan tashqari n-i-p qurilma konfiguratsiyasiga ega yuqori samarali PQElarda bufer qatlam sifatida PEDOT: PSS materialidan foydalaniladi. PEDOT: PSS o'tkazuvchanligini va zaryad tashuvchining harakatchanligini oshirish uchun har doim ba'zi ionli yoki p-tipli qo'shimchalar bilan qo'shilishi kerak. Biroq, gigroskopiklik (materiallarning havodagi namlikni yutish xossasi.) xususiyatga ega bo'lganligi sababli, bu qo'shimchalar namlikning perovskit plyonkasiga osongina kirib borishiga yordam beradi va qo'rg'oshin ionlarining (Pb₂⁺) oqishiga olib keladi, shu bilan PQE ning barqarorligi va ishlash samaradorliginining buzilishiga olib keladi. ^[10-11] Shu sababli, barqaror va samarali PQE ishlab chiqarish uchun ushbu zararli nuqsonlarni bir vaqtning o'zida kamaytirish va Spiro-OMeTAD ni yotqizishdan oldin perovskit yuzasini gidrofobik oraliq qatlam (suvni qaytaradigan sirt qatlam) bilan qoplash zarur.
Ushbu ishda perovskit plyonkasi barqarorligi va energetik samaradorligini oshirish uchun ikki o'lchovli benzodifuran asosidagi π-bog’li polimer PBDB-Tni oraliq qatlam sifatida yotqizildi hamda oddiy va modifikatsiya qilingan holatdagi PQE ning optik xususiyatlari tadqiq etildi. Ya’ni ularning vaqt o’tishi bilan yutilish spektrlarini o’rganildi.
PQE quyidagicha ketma ketlikda tayyorlandi. Dastlab ITO (indiy qalay oksidi) yupqa qatlamiga ega shisha taglik 14 daqiqa davomida ultratovushli vannada distillangan suv/ atseton/ dionsizlashtirilgan suv/ spirt ketma-ketligida tozalanib olindi. Shundan soʻng azot gazi yordamida quritildi. Keyin, SnO₂ ( qalay oksidi) bufer qatlam 1600 ayl/min tezlikda spin koater yordamida yotqizildi. Shundan soʻng, DMSO(dimetilsulfoksid)/DMF(dimetilformamid) da 95:5 hajmiy nisbatda eritilgan PbI₂ (qo’rg’oshin yodid) 15 mkl hajmda spin koater qurilmasi ustiga qo’yilgan ITO qatlam ustiga tomizildi va 1600 ayl/min tezlikda 45 sekund davomida aylantirildi. Keyin esa 70 ℃ hroratda 1 daqiqa davomida qizdirildi. Soʻngra, FAI:MABr:MACl (Formamidiniy yodid/ Metilammoniy bromid/ Metilammoniy xlorid) eritmasi (90 mg: 6 mg: 9 mg nisbatda) PbI₂ plyonkasi ustiga 1600 ayl/min tezligida 45 soniya davomida yotqizildi. Keyin, 150 ℃ haroratda 10 daqiqa davomida qizdirildi. Shundan soʻng, PQEning barqarorligini oshirish uchun PBDB-T polimerning xlorobenzoldagi eritmasi va ikkinchi bufer qatlam Spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-metoksifenil)amino]-9,9'-spirobifloren) ham yuqoridagitartibda spin coating usulida yotqizildi. Va nihoyat qurilma ishlab chiqarishni yakunlash uchun 80 nm qalinlikdagi aluminiy kontakt 4,8 × 10^-4 Pa bosim ostida ~0.5 Å s^-1 tezlikda termal bug’lantirildi Bu kerakmi? Bunda ikki xil oddiy va modifikatsiya qilingan PQE lar tayyorlandi va spektral taxlil qilindi.
Tayyorlangan PQE lar Shimadzu UV-1280 spektrofotometri yordamida vaqt o’tishi bilan yutilish spektrlari o’lchandi. (1-rasm)

1-rasm. a) oddiy , b) PBDB-T polimer bilan modifikatsiya qilingan PQE ning vaqt o’tishi bilan yutilish spektri.
Olingan natijalardan ko’rishimiz mumkinki, oddiy PQE vaqt o’tgan sari yutilish intensivligi kamayib, sariq faza tomonga siljiganini ko’rishimiz mumkin. 500 nm to’lqin uzunligida 360 soat vaqt davomida yutilish intensivligi 28.8% ga pasayganini ko’rishimiz mumkin. Ya’ni buni, polikristal strukturali perovskit plyonka tarkibidagi qo’rg’oshin ionlarining elektrodiffuziya ta’sirida qo’shni qatlam ionlari bilan aralashishi va zaryadlar rekombinatsiyasi yuzaga kelayotganligi va eng chetki nuqtalardagi donalarning buzilishi va keyinchalik butun strukturaning parchalanib o’z xususiyatini yo’qotishni boshlayotganligi bilan izohlash mumkin.
O’z navbatida PBDB-T polimer yotqizilgan PQE ning vaqt o’tishi bilan yutilish intensivligining yuqoridagi oddiy PQE ga qaraganda deyarli o’zgarmaganligini ko’rishimiz mumkin. 500 nm to’lqin uzunligida 360 soat davomida yutilish intensivligi boshlang’ich qiymatning 94.1% ini saqlab qolayotganini ko’rishimiz mumkin. Ya’ni, qatlamlararo yotqizilgan polimer qatlam, bufer qatlam va perovskit faol qatlam o’rtasida o’zaro diffuziya yuzaga kelishining oldini oladi hamda zaryadlar rekombinatsiya markazi xosil bo’lmasligini ta’minlaydi.
Xulosa qilib aytganda , oddiy PQE 360 soatdan soʻng yaqqol degredatsiyaga uchrab sariq fazaga o’tganligi, modifikatsiya qilingan PBDB-T polimer yotqizilgan PQE esa shu vaqt mobaynida hali ham qora fazani saqlab qolganligi sababli bunday usul istiqbolli ekanligini ko’rsatadi. PBDB-T polimerlarga o’xshash gidrofobik qatlamlarni qo’llash orqali PQElarning barqarorligini uzoq vaqt saqlab qolinishiga yordam berish mumkinligi perovskitv faol qatlamlarning degeradatsiya jarayonini optik xosssalari orqali tadqiq qilish orqali ko’rsatildi.

Adabiyotlar ro`yxati va havolalar