ناقشت كلية التربية للعلوم الصرفة بقسم الفيزياء في جامعة البصرة رسالة ماجستير حول تحضير وتشخيص الطبقة النشطة المكونة من (P3HT: PCBM) في الخلايا الكهروضوئية العضوية
وتضمنت الرسالة التي قدمتها الباحثة (فاطمة محمد يوسف)
في هذه الدراسة تم تحضير محلــول الطبقـــة النشطـة فـــي الخلايــــا الشمسيـــــة العضـوية بخـلـــط poly (3-hexylthiophene) (P3HT) (20K) مـــــــــــع (phenyl C60 butyric acid methyl ester) (PCBM) بنسب مختلفة من (PCBM) هي (1:0.5, 1:0.8, 1:1, 1:1.2, 1:1.5, 1:2).
تمت اذابة الخليط في مذيب الكلوروفورم. تم ترسيب المحلول على قواعد من الزجاج باستخدام طريقة طلاء البرم (Spin Coating).
الجزء الاول من الدراسة تركز على استكشاف التشكل السطحي للأغشية الرقيقة المحضرة لجميع النسب من خلال تحليل صور المجهر الضوئي باستخدام برنامج (Image J) حيث اكدت الدراسة السطحية للأغشية الرقيقة ان طبيعة التشكل السطحي موحدة مع عدم وجود عيب واضح للنسب (0.5-1%)، بينما لوحظ وجود خشونة على سطح الغشاء في النسب (1.2-2) من القابل وهذا يعمل على خلق شكل رديء للسطح مما يؤدي الى انشاء عيوب وتقليل عملية توليد الشحن في الطبقة النشطة ضوئيا وبالتالي أداء منخفض للجهاز.
درست الخواص البصرية لأغشية الطبقة النشطة مثل الامتصاصية (A) والانعكاسية (R) ضمن مدى الطول الموجي nm (300-800)، كما تم حساب الثوابت البصرية كمعامل الخمود (K) ومعامل الانكسار وحساب دالة العازلية المعقدة بجزئيها الحقيقي (ε_r) والخيالي (ε_i) ضمن مدى الطول الموجي nm (300-800) بالاعتماد على بيانات معامل الخمود ومعامل الانكسار، بينت الدراسة ان أطياف الامتصاصية لأغشية المواد قيد الدراسة تقع ضمن مدى الضوء المرئي وتزداد مع زيادة نسبة القابل في الطبقة النشطة.
تم حساب الامتصاص الداخلي للجهاز بأجراء النمذجة البصرية (optical modeling) عن طريق محاكاة لتركيب الجهاز (Glass/ITO/PEDOT: PSS/P3HT: PCBM/Al) المستخدم ولجميع النسب، وباستخدام طريقة (TMM) (transport matrix method) اظهر اطياف الامتصاص الداخلي الناتجة عند السقوط الاعتيادي للضوء اختلافات واضحة في مقدار الامتصاص عند المنطقة (450-650nm) من الطول الموجي. تم استخدام النمذجة البصرية لتحسين أداء الجهاز بناءٍ على تغيير نسبة القابل في الطبقة النشطة والتنبؤ بكفاءة الكم الداخلية للجهاز (IQE) بالاعتماد على قيم كثافة التيار (J_SC) للجهاز، بالنتيجة تم الحصول على قيم (J_SC) المثالية (11-14mA/〖cm〗^2) وتم مقارنتها مع القيم التجريبية (J_SC) (3.8-8mA/〖cm〗^2) لتحديد كفاءة الكم الداخلية، اكدت النتائج ان أفضل نسب مزج مستخدمة من (P3HT: PCBM) هي النسب (1:0.8, 1:1) اذ تعطي (IQE) بحدود (45-54%).
تم إعادة اجراء النمذجة البصرية لاختبار تأثير تغير زاوية سقوط الضوء على الجهاز وبينت النتائج ان كثافة التيار (J_SC) تزداد تدريجيا بين 0-45) °) والسبب يعود الى زيادة عدد الفوتونات الممتصة في الطبقة النشطة وبالتالي الزيادة في كثافة التيار الناتج، ثم تنخفض لبعض النسب عند الزاوية (60 °) لسقوط الضوء بسبب الانعكاس الذي يحدث عند السطح البيني (الزجاج/هواء) بزوايا كبيرة.
الهدف من الرسالة
تحضير الأغشية الرقيقة للطبقة النشطة لأجهزة (BHJ) الكهروضوئية العضوية.
تشخيص سطح الطبقة النشطة باستخدام المجهر البصري.
تشخيص الطبقة النشطة (الاغشية الرقيقة) (أي قياس خصائص الأشعة فوق البنفسجية والبصرية (n & k).
استخدام النمذجة الضوئية لتحديد كثافة التيار المثلى للجهاز.
مقارنة نتائج النمذجة البصرية بأداء الجهاز الحقيقي وايجاد أفضل نسب خلط.
دراسة تأثير تغير زاوية سقوط الضوء على الخلية الشمسية.
استنتجت الرسالة
من دراسة تأثير نسبة القابل على أداء الجهاز باستخدام تقنية النمذجة البصرية. تم فيها محاكاة أجهزة كهروضوئية عضوية BHJ ذات طبقة نشطة مكونة من P3HT: PCBM بنسب متنوعة من PCBM (0.5-2%) مع الحفاظ على سماكة الطبقة النشطة (200±10 nm). يمكن ملاحظة الاستنتاجات التالية:
تم فحص زيادة نسبة القابل وتأثيرها على التشكل السطحي للأغشية الرقيقة من خلال تحليل الصور البصرية المجهرية لنسب المانح/ القابل المتنوع باستخدام برنامج المصدر المجاني Image J. بشكل عام تنخفض قابلية الذوبان مع زيادة نسبة القابل مما يؤدي إلى زيادة خشونة السطح بنسب عالية (أي عند النسب 1.5-2) مما يدل على أن المزيد من العيوب ستتولد في الاغشية.
تم تشخيص الأغشية بصريًا لتحديد الخصائص البصرية. من ملاحظة طيف الامتصاصية للأغشية نجد ان الامتصاص يزداد مع زيادة نسبة القابل في الطبقة النشطة.
تم إجراء النمذجة الضوئية للتنبؤ بالامتصاص الداخلي للطبقة النشطة كدالة لنسبة القابل. أكدت نتائج المحاكاة الضوئية مع بيانات القياسات أن أفضل نسبة قابل هي (1:0.8-1.2).
تمت مقارنة كثافة التيار المنمذجة مع كثافة التيار المقاسة للنسب نفسها لتقدير الكفاءة الكمية الداخلية للجهاز الحقيقي وكانت أفضل قيم (IQE) عند النسب (1:0.8-1) بحدود (25-54%).
تمت دراسة تأثير تغير زاوية سقوط الضوء على كثافة التيار المحسوبة، ثبت أن الخلايا الشمسية العضوية يمكن أن تستفيد بشكل إيجابي من تغيير زاوية الضوء الساقط (0^o-45^o) عليها لزيادة شدة تيار الدائرة القصيرة.
اهم الاخبار
الاكثر مشاهدة
