REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Polprevodniški organokovinski halogenidi s perovskitno strukturo so s svojimi izjemnimi optičnimi in elektronskimi lastnostmi zadnja leta zaznamovali področje raziskav sončnih celic. V 7-letnem obdobju od začetka prve uporabe organosvinčevih halogenidov v sončnih celicah se je izkoristek pretvorbe sončne energije v električno naglo povečeval in danes presega 21 %. Kljub hitremu napredku in visokim izkoristkom pa področje organosvinčevih perovskitov potrebuje nadaljnje raziskave in nove pristope k sintezi in procesiranju, s katerimi bi razrešili težave, ki preprečujejo prehod v industrijsko proizvodnjo. Trenutna priprava prekurzorjev organosvinčevih perovskitov bazira na osnovi zdravju škodljivih topil z visoko temperaturo vrelišča, ki je nadalje otežena s potrebno popolno kontrolo nad atmosfero ter prisotnostjo par topil med formacijo perovskitnega filma. V nasprotnem primeru se v tankoplastnem filmu pojavijo nestoihiometrične faze, ki zavirajo optimalno delovanje fotoaktivne plasti. V izogib tem težavam predstavljam enostavno, nizkotemperaturno ter okolju prijaznejšo sintezo podmikronskih organosvinčevih perovskitnih delcev, ki je prilagodljiva na večjo proizvodnjo in nadomesti celoten postopek priprave perovskitnih plasti s pomočjo prekurzorjev. Tako sintetizirane delce sem nadalje uporabil v enostavnem fotoprevodniku, s pomočjo katerega sem določil večinske nosilce naboja v perovskitni plasti.
Trenutno se v najbolj učinkovitih perovskitnih sončnih celicah z izkoristki nad 20 % za elektronsko prevodno plast uporabljajo kovinski oksidi, na primer titanov dioksid, ki potrebuje visokotemperaturno sintranje, je nestabilen pri izpostavitvi ultravijolični svetlobi ter povzroča nabiranje negativnega naboja na meji z aktivno plastjo. V disertaciji predstavljam samourejanje monoplasti funkcionaliziranega fulerena na optično transparentnih prevodnih elektrodah za uporabo v perovskitnih sončnih celicah. Tanka plast, nanešena s pomočjo enostavne metode s potapljanjem (ang. dip coating), se izvaja z nizkotemperaturnim procesiranjem in je prilagodljiva za nanos na večje površine. Izkaže se, da je 1,5 nm tanka organska plast dovolj za selektiven prenos nosilcev naboja, hkrati pa je obstojna pri visokotemperaturnem procesiranju in ultravijoličnem obsevanju.
Dihalkogenidi prehodnih kovin, na primer MoS₂ in WS₂, spadajo v družino plastovitih kristalov, v katerih šibka interakcija med sosednjimi plastmi omogoča njihovo razslojevanje. Na osnovi raznolikih elektronskih in optičnih lastnosti, ki izvirajo iz njihove kemične sestave ter stopnje razslojenosti, so bili plastoviti kristali uporabljeni v mnogih tankoplastnih optoelektronskih napravah. Tu predstavljam uporabo razslojenega wolframovega disulfida (WS₂) kot selektivne plasti za vrzeli v perovskitnih sončnih celicah s stabilnim 6-odstotnim izkoristkom. Nadalje s pomočjo karakterizacije pasovne strukture določim energijsko poravnavo med perovskitno plastjo ter WS₂.
Nazadnje predstavljam funkcionalizacijo površine MoS₂, ki sem jo izvedel v raztopini s pritrditvijo zlatih nanodelcev na površino MoS₂. Tako pripravljene nanoplasti smo s pomočjo močne interakcije med zlatimi delci, pritrjenimi na površino MoS₂, in monomeri homogeno vgradili v elastomer. V tako pripravljenem elastomernem filmu smo s pomočjo laserske svetlobe inducirali fazni prehod med kovinsko in polprevodniško fazo MoS₂.