ประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะชนิดเพอรอฟสไกต์ที่เพิ่มขึ้นจากการเจือโบรอนในชั้นส่งผ่านอิเล็กตรอน

Abstract

เซลล์สุริยะชนิดเพอรอฟสไกต์มีค่าประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่สูง แต่ค่าประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะชนิดเพอรอฟสไกต์นั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี และโครงสร้างในแต่ละชั้น ซึ่งจำเป็นต้องถูกปรับปรุงและหาเงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุด หนึ่งในปัจจัยที่ส่งผลต่อค่าประสิทธิภาพโดยรวมของเซลล์คือ จุดตำหนิในโครงสร้างของสารไทเทเนียมไดออกไซด์ซึ่งถูกใช้ทำเป็นชั้นส่งผ่านอิเล็กตรอนในเซลล์สุริยะชนิดเพอรอฟสไกต์ โดยจะส่งผลให้เกิดปัญหาในการเกิดการรวมกันของคู่พาหะอิเล็กตรอน-หลุมอิเล็กตรอน ในงานวิจัยฉบับนี้จึงสนใจที่จะปรับปรุงชั้นไทเทเนียมไดออกไซด์ด้วยการเจือโบรอนที่ความเข้มข้นร้อยละ 1-5 ด้วยวิธีโซล-เจล และการทำไฮโดรเทอร์มอล ค่าแถบช่องว่างพลังงานได้ถูกศึกษาด้วยเทคนิคการดูดกลืนรังสียูวี พบว่าค่าแถบช่องว่างพลังงานจะมีค่าสูงขึ้นจาก 3.2 3.35 3.4 3.5 3.52 และ 3.55 อิเล็กตรอนโวลต์ตามลำดับ นอกจากนี้ปริมาณอิเล็กตรอนอิสระในโครงสร้างของไทเทเนียมไดออกไซด์ถูกศึกษาด้วยเทคนิคเหนี่ยวนำอิเล็กตรอนอิสระด้วยสนามแม่เหล็ก พบว่าการเจือโบรอนที่ร้อยละ 1 และ 2 สามารถลดปริมาณความเข้มข้นของจุดตำหนิได้ ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของค่าการนำไฟฟ้าที่วิเคราะห์ด้วยเทคนิคความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ค่าอิมพีแดนซ์สำหรับการส่งผ่านพาหะ และค่าอิมพีแดนซ์ต่อต้านการรวมกันของพาหะถูกวิเคราะห์ด้วยเทคนิคอิมพีแดนซ์สเปกโตรสโกปีเชิงเคมีไฟฟ้า พบว่ามีค่าลดลงและเพิ่มขึ้นตามลำดับสำหรับการเจือโบรอนที่ร้อยละ 1 และ 2 ค่าประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะและค่าตัวแปรทางอิเล็กทรอนิกส์ถูกศึกษาด้วยเทคนิคความสัมพันธ์ระหว่างกระเส-แรงดันซึ่งพบว่าการเจือโบรอนที่ร้อยละ 2 ให้ค่าประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าสูงสุดถึงร้อยละ 15.55 และมีค่าความต่างศักย์เมื่อวงจรเปิด 1.07 โวลต์ ค่าความหนาแน่นกระแสลัดวงจร 23.7 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร และค่าฟิลแฟคเตอร์เท่ากับร้อยละ 61.4