نحوه جذب بیشتر در فیلم های پروسکایت هالید آلی معدنی (مقاله ترجمه شده)

چکیدهدر این مقاله به بررسی تحلیل عددی افزایش جذب خورشیدی در غشاء های هالید پروسکایت با نانو ذرات طلایی پلاسمونیک مندرج ارگانیک و غیر ارگانیک می پردازیم. تاثیر اندازه و تراکم ذرات در سیستم های واقع گرایانه آنالیز شده در مکان ذرات رندوم در غشاء پروسکایت و شکل گیری نهایی دوپار در نظر گرفته شده است. افزایش حداکثری جذب خورشیدی یکپارچه %10 را در غشاء پروسکایت به ضخامت nm200 و 6% در غشاء mn300 با حوزه های شعاع nm60 و nm90 در تراکم های حدود %10 در هر دو حالت می توان پیدا کرد. وجود دوپار افزایش جذب را تا %12 در نازک ترین غشاء می رساند. تقویت جذب از کمک مضاعف پلاسمونی نزدیک میدان و تاثیرات پراکندگی ناشی شده را می توان با توجه به شبیه سازی ها توزیع و ارزیابی نمود.مقدمهاز زمان ظهور سلول های خورشیدی هالید پروسکایت ارگانیک و غیر ارگانیک، رویکرد های ساختگی مختلفی جهت بهبود عملکرد آنها کشف شده است. تلاش هایی جهت کنترل سفارش ترکیب یا ساختار غشاء پروسکایت و همچنین تامین سلول های خورشیدی تشکیل شده از آنها با ویژگی های جذاب جدای از کارایی بالای آنها مانند انعطاف، شفافیت و رنگ صورت گرفته است. همچنین با توجه به مسائل گویی مربوط به استفاده از فلزات سنگین، زیست پذیری متغیرهای بدون سرب آزمایش شده است.آنالیز واکنش نوری سیستم های فتوولتائیک از جنبه های مختلف نشان داده است که جمع آوری نور در طول موج های بلند( ? ? [650,800] nm ) بهینه نبوده و مسیر جدیدی را جهت افزایش عملکرد دستگاه فراهم می سازد. در مقابل آنچه در رنگ سلول های حساس اتفاق افتاد، که در آن معرفی کریستال های فتونی منجر به افزایش قابل توجه جریان نور اتصال کوتاه می گردد، با یکی کردن آیینه های دی الکتریک درون سلول های خورشیدی پروسکایت نمی تواند جهت بهبود برداشت نور در هر پیکربندی مورد استفاده قرار بگیرد، گرچه ثابت شده که این رویکرد امکان بدست آوردن محدوده وسیعی از رنگ ها را ممکن ساخته و سلول ها را برای کاربرد در فتوولتائیک یکپارچه جذاب جلوه می دهد. در این رابطه ویژگی تاثیرات پلاسمون سطحی موضعی نانو ذرات فلزی احتمالا بمنظور افزایش جذب نور در محدوده طیف تعریف شده بکار گرفته شده، و تاثیرات میدانی نوری دور-نزدیک ایجاد کرده که منجر به افزایش شدت در گوی NP و پراکندگی قوی می گردد. هر دو پدیده را می توان بمنظور مطابقت با محدوده طیفی علایق تنظیم نموده، و باعث جذب بیشتر نور و بهبود عملکرد سلول پروسکایت می گردد. تلاش های اولیه ای جهت کشف این احتمال گزارش شده است. رویکردهای آزمایشی مختلفی بر اساس گوی های طلائی پوشیده شده از سیلیکا و کلاستر های ذرات آلیاژ طلائی-نقره ای اشکال بیقاعده و مسطح انجام گرفته است. در همه موارد، افزایش عملکرد سلول مشاهده گردیده، گرچه سهم احتمالی تاثیرات افزایش میدان نزدیک بمقدار زیادی کاهش یا حذف شده است، زیرا ذرات فلزی با لایه سیلیکا پوشیده شده و در لایه فعال قرار نگرفته است. در مورد اول، بهبودی به کاهش نیروی جداگر اکسایتون نسبت داده شده که منجر به تولید حمل کننده آزاد افزایش یافته و جذب نور ثابت می گردد. در موارد دیگر، اینها نتیجه چندین پراکندگی و انتقال شارژ سریع در سطح مشترک پروسکایت TiO2 می گردد.نتایج و بحثشبیه سازی ها در حوزه زمان تفاضل محدود (FDTD) سه بعدی با استفاده از راه حل های نرم افزار FDTD حاصل از راه حل های Lumerical انجام گرفته اند. طرح های کلی سیستم در شکل یک نشان داده شده است که در تخمین اول، ذرات طلا در میانه غشاء پروسکایت در فواصل برابر از هر دو سطح انتشار یافته است. یک موج صفحه ای را در نظر میگیریم که در امتداد مسیر z انتشار یافته و از صفحه پروسکایت با ضخامت معین تجاوز نموده، شامل نانو ذرات طلایی (NP) بوده، و دارای زیر لایه شیشه ای نیمه محدود و پوشش نیمه محدود اسپیرو OMeTADاست. شرایط مرزی تقارن بهمراه جهت های x و y را بکار برده و اندازه های صفحه پروسکایت را تعریف می نماید. شاخص انکساری پیچیده، در اینجا از مقادیر آزمایشی جدول بندی شده در مرجع گرفته شده است، که در شکل S1 در پشتیبانی از اطلاعات فراهم شده است. از آنجاییکه با هیچ نمونه تحلیلی مناسبت نداشته، شبیه سازی های طول موج انفرادی بدین صورت اجرا شده اند. برای صفحه شیشه ای را در نظر گرفته و برای اسپیرو متوسط را در نظر میگیریم.گرچه به بررسی رقیق کردن تعلیق جامد ذرات فلزی در پروسکایت می پردازیم، از تشکیل دوپاهار در طول آماده سازی غشاها نمی توان صرفنظر کرد. آنالیز تاثیرات نوری این نتیجه نهایی لازم است. بدین منظور، در شکل 5 تاثیر تشکیل دوپار در غشاهای پروسکایت که تراکم یکسانی داشته با توجه به 2 AuNPs در حجم مضاعف پروسکایت مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهیم. پانل A در شکل 5 افزایش جذب خورشیدی پروسکایت به عنوان فاصله بین دو ذره، ، برای حجم های پروسکایت که شامل دو گوی با شعاع r=60 nm و که شامل دو گوی با شعاع r=90 nm بوده(مجذور) را نشان می دهد. تشکیل دوپارها بطور قطع برای صفحات پروسکایت نازک (در مقایسه با نتایج برای 1 AuNP) مفید بوده، که به حداکثر افزایش %12 فاصله شکاف 20 nm می رسد اما تاثیر مغایر برای غشاهای ضخیم تر بدست می آید. خطوط نقطه چین و تیره نشان دهنده افزایش ظرفیت جذب مربوطه یک گوی در نصف حجم است. در هر دو مورد هنگامی که به فاصله جدایی یک سیستم برابر متشکل از دو سلول واحد با یک گوی در هر سلول نزدیک می شود، افزایش مشاهده شده تبدیل به یک گوی تکی در یک نیم حجم می گردد، تاثیرات آرایه در شبیه سازی ها حذف گردیده است. تاثیر مختلف دوپارها در جذب هر ضخامت صفحه در نظر گرفته شده دارای مبدا در واکنش های ناهمسان به غشاهای پروسکایت در طول موج های بلند است. این تاثیر بطور شفاف در شکل 6 نشان داده شده که در آنجا میزان بازتاب، عبور و ظرفیت جذب برای حضور دوپارها و همچنین گوی های واحد در دو نوع غشاء را طرح ریزی می کنیم. برای سیستم های مورد نظر و =10nm دوپارها نور را بیشتر در جهت روبه جلو برای مورد انتشار می دهند که منجر به انتقال بالاتر در مقایسه با گوی هایی تکی گردیده، در حالیکه برای مورد رفتار مغایر وجود داشته، مثلا انتقال بیشتر برای گوی های تکی در مقایسه با دوپارها یافت می شود. افزایش میدان مربوطه و پروفایل های جذب در طول موجی که ظرفیت جذب پروسکایت حداکثر بوده در اشکال S6 و S7 در اطلاعات حامی نشان داده شده، نقطه حساس ایجاد شده در شکاف بین-ذره ای چنین حجم کمی را اشغال نموده که تاثیر آن بر ظرفیت جذب پروسکایت بسیار کمتر از پراکندگی آن می باشد.نتیجه گیریبوسیله شبیه سازی های عددی نشان دادیم که دربرداشتن نانو ذرات طلایی پلاسمونی در غشاهای پروسکایت هلاید ارگانیک-غیر ارگانیک منجر به افزایش جذب پروسکایت نور خورشید گردیده که بین محدوده %6 و %12 برای مجموعه ضخامت غشای در نظر گرفته شده است. به مجموعه خاصی از پارامترها واقع گرایانه از لحاظ اندازه و تراکم ذرات بمنظور حداکثر جذب پروسکایت دست میابیم. همچنین نشان می دهیم زمانی که تاثیرات میدان نزدیک پلاسمونی و پراکندگی نور به اندازه کافی متعادل شده عمل جذب به حداکثر می رسد. همچنین تأثیر توزیع رندم ذرات درون غشاء را مانند شکل گیری احتمالی دوپارها مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهیم، شرایطی که وقایع تحت آن برای جذب پروسکایت یافته شده سودمند یا مخرب هستند. یافته های ما یک راهنمایی جهت یافتن بهترین طراحی نوری بر اساس تاثیرات پلاسمونی برای ترکیب استاندارد و ضخامت غشاهای پروسکایت فراهم آورده و دری را بسوی بهینه سازی عملکرد سلول­های خورشیدی پروسکایت با در برداشتن نانو ذرات طلا درون لایه فعال می­گشاید.این مقاله در سال 2015 در نشریه ACS و در مجله شیمی فیزیک، توسط گروه مواد نوری چند منظوره منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله نحوه جذب بیشتر در فیلم های پروسکایت هالید آلی معدنی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.