DEVELOPMENT OF PEROVSKITE SOLAR CELLS BY IMPROVING HOLE TRANSPORTING DOUBLE LAYERS USING COPPER OXIDE

Abstract

Solar energy can be converted into electrical energy by using the solar cells. Currently, perovskite solar cells have been received a wide attention from researchers as the potential device that can rival conventional Si solar cells. Perovskite solar cells offer several advantages such as ease of fabrication, good flexibility and light weight. Several techniques have been developed in order to fabricate Perovskite solar cells with maximum conversion efficiency. In this research, modifying a double-layer hole transporting material has been carried out on the inverted Perovskite solar cell. In the beginning, various reaction times between CuI film and Sodium hydroxide (NaOH) solution were examined upon the preparation of Cu2O film. It was showed that the optimum reaction time is 20 second and the power conversion efficiency of 5.09% was achieved. Then, the concentration of Copper iodide (CuI) solution was varied during the preparation of Cupric oxide (Cu2O) film. It was found that Perovskite solar cells fabricated using 5 mg/ml of CuI for Cu2O preparation offers the highest power conversion efficiency of 4.68%. The temperature at which Cu2O is treated to form CuO was investigated and it was found that at the treatment temperature of 400 ºC the maximum conversion efficiency was 3.61% obtained. Then, the devices with four difference hole transporting materials including Cu2O CuO Cu2O/PEDOT:PSS CuO/PEDOT:PSS and PEDOT:PSS (referent cell) were compared in term of light-electricity conversion efficiency. It was seen that the Perovskite solar cell using Cu2O/PEDOT:PSS as a hole transporting material has a highest efficiency of 7.76%. The value is doubled that of the reference cell (3.82%). Finally, the stability of all 5 cells was tested. The results showed that cells using a hole transporting material of Cu2O offered the best stability where the efficiency of the cell reduced to 3.27% seven days later. In addition, the prediction of electrical energy production from Perovskite solar cells using Cu2O hole transport material was presented. At the installation area of 3,600 m2 the Perovskite solar cells can annually generate the electrical energy of 213,500 kWh.

พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ ปัจจุบันเซลล์แสงอาทิตย์ที่กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมากจากกลุ่มนักวิจัยคือเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ เนื่องจากเป็นเซลล์ที่มีกระบวนการผลิตไม่ซับซ้อน ตัวแผงมีความยืดหยุ่นสูง และมีน้ำหนักเบา จึงทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ได้รับความนิยมและมีการวิจัย พัฒนาด้วยเทคนิคที่หลากหลาย สำหรับงานวิจัยนี้ได้ทำการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ด้วยเทคนิคการปรับปรุงวัสดุนำโฮลแบบชั้นคู่ในโครงสร้างแบบกลับ โดยการปรับเวลาการทำปฏิกิริยาระหว่างฟิล์ม CuI และสารละลาย NaOH ในขั้นตอนการเตรียมฟิล์ม Cu2O ผลการศึกษาพบว่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดจะใช้เวลาการทำปฏิกิริยา 20 วินาที มีประสิทธิภาพของเซลล์เท่ากับ 5.09% จากนั้นทำการปรับความเข้มข้นของสารละลาย CuI ในขั้นตอนการเตรียมฟิล์ม Cu2O จากการศึกษาพบว่าเซลล์ที่ใช้ความเข้มข้น 5 mg/ml มีค่าประสิทธิภาพของเซลล์มากที่สุดเท่ากับ 4.68% ซึ่ง จากนั้นทำการศึกษาผลของอุณหภูมิที่ใช้ในการเปลี่ยนเฟสจาก Cu2O เป็น CuO พบว่าเซลล์ที่ใช้อุณหภูมิ 400 ºC มีประสิทธิภาพการแปลงไฟฟ้ามากที่สุดเท่ากับ 3.61% และสุดท้ายคือการเปรียบเทียบเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ที่ใช้วัสดุนำโฮลต่างกันประกอบด้วย Cu2O CuO Cu2O/PEDOT:PSS CuO/PEDOT:PSS และ PEDOT:PSS (เซลล์อ้างอิง) ผลการศึกษาพบว่าเซลล์ที่ใช้วัสดุนำโฮล Cu2O/PEDOT:PSS มีประสิทธิภาพสูงที่สุดเท่ากับ 7.76% ซึ่งมากกว่าเซลล์อ้างอิงที่มีประสิทธิภาพเพียง 3.82% จากนั้นทำการทดสอบเสถียรภาพของเซลล์ทั้ง 5 เซลล์ ผลการทดสอบพบว่าเซลล์ที่ใช้วัสดุนำโฮลคือ Cu2O เป็นเซลล์ที่มีความคงทนมากที่สุด มีประสิทธิภาพของเซลล์เท่ากับ 3.27% เมื่อเวลาผ่านไป 7 วัน นอกจากนี้ยังได้ทำการประเมินผลผลิตพลังงานไฟฟ้าที่ติดตั้งด้วยเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ที่ใช้วัสดุนำโฮลคือ Cu2O พื้นที่ติดตั้งเท่ากับ 3,600 m2 ผลการประเมินพบว่าในเวลา 1 ปี เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ 213,500 kWh