Статья

Название статьи УПРАВЛЕНИЕ ТОЛЩИНОЙ И ПОРИСТОСТЬЮ ПЛЕНКИ TiO2 В ПРОЦЕССЕ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
Автор С.П. Малюков, А.В. Саенко
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА
Месяц, год 04, 2016
Индекс УДК 621.383
DOI
Аннотация Представлено исследование возможности управления толщиной и пористостью пленки TiO2 в процессе её обработки (спекания) импульсным Nd:YAG-лазером с длиной волны 1064 нм для применения в сенсибилизированных красителем и перовскитовых солнечных элементах с целью улучшения их фотоэлектрических характеристик. Выбор инфракрасного лазерного излучения обуславливает эффективность процесса лазерного спекания пленки TiO2 по всей толщине. Структура пленки TiO2 после лазерного спекания излучением с энергией в импульсе 100–300 мДж сохраняется нанопористой, что необходимо для эффективного преобразования солнечного излучения в электричество. Показано, что увеличение энергии в импульсе приводит к уменьшению толщины от 10,18 мкм до 6,92 мкм и пористости от 0,45 до 0,20, а также изменению формы и размера наночастиц TiO2 в пленке. Получено, что при энергии в импульсе лазерного спекания 150–200 мДж достигаются оптимальные величины пористости 0,25–0,3 и толщины 7,5–8 мкм пленки TiO2, которые теоретически способны привести к повышению коэффициента полезного действия солнечного элемента. Лазерное спекание для данных солнечных элементов способствует созданию электрического контакта между наночастицами TiO2, а также повышению коэффициента диффузии электронов, снижению рекомбинационных потерь в пленке TiO2 и улучшению эффективности собирания зарядов. К тому же метод лазерного спекания имеет большой потенциал для использования в технологии производства высокоэффективных солнечных элементов.

Скачать в PDF

Ключевые слова Нанопористая пленка TiO2; лазерная обработка; солнечный элемент
Библиографический список 1. O’Regan B., Gratzel M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films // Nature (London). – 1991. – Vol. 335. – Р. 737-741.
2. Hagfeldt A., Boschloo G., Licheng Sun, Lars Kloo, Pettersson H. Dye-Sensitized Solar Cells // Chem. Rev. – 2010. – Vol. 110. – Р. 6595-6663.
3. Di Wei. Review Dye Sensitized Solar Cells // Int. J. Mol. Sci. – 2010. – Vol. 11. – Р. 1103-1107.
4. Hagfeldt A., Gratzel M. Molecular Photovoltaics // Acc. Chem. Res. – 2000. – Vol. 33. – Р. 269-277.
5. Kojima A., Teshima K., Shirai Y., Miyasaka T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells // J. Am. Chem. Soc. – 2009. – Vol. 131. – P. 6050-6051.
6. Gratzel M. The light and shade of perovskite solar cells // Nature Materials. – 2014. – Vol. 13. – P. 838-842.
7. Малюков С.П., Саенко А.В. Разработка модели сенсибилизированного красителем солнечного элемента // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 1 (150). – C. 120-126.
8. Benkstein K.D., Kopidakis N., J. van de Lagemaat, Frank A.J. Influence of the Percolation Network Geometry on Electron Transport in Dye-Sensitized Titanium Dioxide Solar Cells // J. Phys. Chem. B. – 2003. – Vol. 107. – Р. 7759-7767.
9. Linyun Liang, Songyuan Dai, Linhua Hu, Fantai Kong, Weiwei Xu, Kongjia Wang. Porosity Effects on Electron Transport in TiO2 Films and Its Application to Dye-Sensitized Solar Cells // J. Phys. Chem. B. – 2006. – Vol. 110. – Р. 12404-12409.
10. Park N.-G., J. van de Lagemaat, Frank A.J. Comparison of Dye-Sensitized Rutile- and Anatase-Based TiO2 Solar Cells // J. Phys. Chem. B. – 2000. – Vol. 104. – P. 8989-8994.
11. Ashi Ofir, Snir Dor, Larisa Grinis, Arie Zaban, Thomas Dittrich, Juan Bisquert. Porosity dependence of electron percolation in nanoporous TiO2 layers // The Journal of Chemical Physics. – 2008. – Vol. 128. – P. 5-17.
12. Dittricha Th., Ofir A., Tirosh S., Grinis L., Zabana A. Influence of the porosity on diffusion and lifetime in porous TiO2 layers // Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 88. – P. 111-123.
13. Mincuzzi G., Vesce L., Reale A., A. Di Carlo, Brown T.M. Efficient sintering of nanocrystalline titanium dioxide films for dye solar cells via raster scanning laser // Applied Physics Letters. – 2009. – Vol. 95. – Р. 308-317.
14. Kim H., Auyeung R.C.Y., Ollinger M., Kushto G.P., Kafafi Z.H., Pique A. Laser-sintered mesoporous TiO2 electrodes for dye-sensitized solar cells // Appl. Phys. A. – 2006. – Vol. 83.
– Р. 73-76.
15. Mincuzzi G., Schulz-Ruhtenberg M., Vesce1 L., et al. Laser processing of TiO2 films for dye solar cells: a thermal, sintering, throughput and embodied energy investigation // Progress in photovoltaics: research and applications. – 2014. – Vol. 22. – P. 308-317.
16. Junghwan Yoon, Minhea Jin, Myeongkyu Lee. Laser-Induced Control of TiO2 Porosity for Enhanced Photovoltaic Behavior // Advanced Materials. – 2011. – Vol. 23. – P. 3974-3978.
17. Malyukov S.P., Sayenko A.V. Laser sintering of a porous TiO2 film in dye-sensitized solar cells. Journal of Russian Laser Research. – 2013. – Vol. 34. – P. 531-537.
18. Пугачевский М.А. Морфологические и фазовые изменения аблированных частиц TiO2 при термическом отжиге // Письма в ЖТФ. – 2012. – Т. 38. – Вып. 7. – С. 56-63.
19. Парфенов В.А. Лазерная микрообработка материалов: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. – 59 с.
20. Malyukov S.P., Kulikova I.V., Sayenko A.V., Klunnikova Yu.V. Optimization of the structure nanoporous TiO2 film structure in a dye-sensitized solar cell. Journal of Physics: Conference Series. – 2014. – Vol. 541. – Р. 12060-12065.

Comments are closed.