EFFECT OF DOPING RATIO OF NIOBIUM AND TANTALUM IN THE ELECTON TRANSPORTING LAYER UPON THE EFFICIENCY OF PEROVSKITE SOLAR CELL

Abstract

Perovskite solar cells (PSCs) have garnered significant interest among researchers due to their potential to offer high efficiency at a low cost. In this study, the focus is on optimizing the efficiency of PSCs using titanium dioxide (TiO2) as electron transport layers (ETLs) by co-doping niobium (Nb5+) and tantalum (Ta5+) metal ions. The solar cell fabrication process takes place at a low temperature, not exceeding 150ºC. Additionally, the fabrication of these solar cells uses a simple and cost-effective spin-coating method. The researchers investigated the effect of adding 5% Nb and 5% Ta to the cells, as well as co-doping 3% Nb:2% Ta and 2% Nb:3% Ta with Pure-TiO2 used as the reference proportion. The results showed that solar cells with 3% Nb:2% Ta achieved the highest efficiency of 11.05%, which was higher than that of Pure-TiO2 solar cells, which only achieved an efficiency of 9.71%. The addition of Nb and Ta helped to improve the ETLs material, and co-doping of these metals optimized the energy gap. This process can reduce defects at the junction between the ETLs and the perovskite and enhance charge transfer through the ETLs. In addition, the researchers simulated the operation of the PSCs for one year, which resulted in an estimated energy production of 234.25 MWh/year of electricity.

เซลล์แสงอาทิตย์แบบเพอร์รอฟสไกต์ (PSCs) ได้รับการพัฒนาและเป็นที่สนใจของกลุ่ม นักวิจัยมากขึ้นโดยมีความพยายามในการเพิ่มประสิทธิภาพ และการพัฒนาเสถียรภาพของเซลล์ แสงอาทิตย์ สำหรับในงานวิจัยนี้ทางผู้วิจัยได้เลือกแนวทางในด้านการเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ แสงอาทิตย์แบบเพอร์รอฟสไกต์ที่มีไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็นวัสดุชั้นนำอิเล็กตรอน (ETLs) ด้วยการเติมร่วมไอออนธาตุโลหะอย่างไนโอเบียม (Nb5+) และแทนทาลัม (Ta5+) โดยที่กระบวนการ สร้างเซลล์แสงอาทิตย์นี้จะทำที่อุณหภูมิทั้งหมดของกระบวนการที่ไม่เกิน 150ºC ซึ่งถือว่าเป็น อุณหภูมิที่ต่ำ นอกจากนั้นการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์นี้ใช้วิธีการหมุนเคลือบซึ่งเป็นวิธีที่ทำได้ง่าย และต้นทุนต่ำ ในการสร้างเซลล์ได้ทำการศึกษาผลของการเติมไนโอเบียม และแทนทาลัมที่สัดส่วน 5%Nb และ 5%Ta สำหรับการเติมแบบปกติ นอกจากนั้นยังทำการเติมสารทั้งสองชนิดร่วมที่สัดส่วน 3%Nb:2%Ta และ 2%Nb:3%Ta โดยจะทำการเปรียบเทียบกับเซลล์อ้างอิงที่ใช้ Pure-TiO2 จากการศึกษาพบว่าเซลล์แสงอาทิตย์ที่สัดส่วน 3%Nb:2%Ta มีประสิทธิภาพสูงสุดที่ 11.05% ซึ่งมากกว่าเซลล์อ้างอิง ซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 9.71% นอกจากนั้นพบว่าการเติมไนโอเบียม และแทนทาลัมสามารถช่วยในกระบวนการหมุนเคลือบวัสดุชั้นนำอิเล็กตรอนได้สมบูรณ์มากยิ่งขึ้น นอกจากนั้นการเติมร่วมของไนโอเบียมและแทนทาลัมยังลดช่องว่างระดับพลังงงานให้เหมาะสม ลดข้อบกพร่องบริเวณรอยต่อระหว่างชั้นนำอิเล็กตรอนและเพอร์รอฟสไกต์ได้ และยังสามารถเพิ่ม การถ่ายโอนประจุผ่านชั้นนำอิเล็กตรอนให้ดียิ่งขึ้นอีกด้วย นอกจากนั้นผู้วิจัยได้ทำการจำลอง การนำเซลล์แสงอาทิตย์แบบเพอร์รอฟสไกต์ไปใช้งานจริงเป็นเวลา 1 ปี พบว่าสามารถ ผลิตไฟฟ้าได้ถึง 234.25 MWh/year