การเตรียมและการหาลักษณะเฉพาะของชั้นส่งผ่านอิเล็กตรอนซิงก์ทินออกไซด์ด้วยวิธีการเคลือบสล็อตไดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์

Preparation and characterization of zinc tin oxide electron transporting layer via slot-die coating technique for perovskite solar cells

Name: ณัฐชา คาบุญเกิด

ThaSH: เซลล์แสงอาทิตย์ -- การผลิต

ThaSH: สังกะสีออกไซด์

ThaSH: ฟิล์มบางสังกะสีออกไซด์

Abstract: การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ (PCSs) โดยทั่วไปแล้วจะใช้กระบวนการเคลือบแบบหมุนเหวี่ยงสำหรับการเตรียมสานในแต่ละชั้น แต่อย่างไรก็ตามเทคนิคนี้ไม่เหมาะสมสำหรับการผลิตฟิล์มที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่ สำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรมและมีการใช้ประโยชน์จากวัสดุที่ยอดเยี่ยมงาน วิจัยนี้จึงสนใจศึกษาการเคลือบด้วยเทคนิคสล็อตไดซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีการที่มีแนวโน้มว่าจะสามารถผลิต PSCs ในระดับอุตสาหกรรม โดยเทคนิคนี้ได้รับความสนใจเนื่องจากสามารถการเคลือบฟิล์มที่สม่ำเสมอและครอบคลุมเต็มพื้นที่บนพื้นผิวขนาดใหญ่ได้และสำหรับชั้นส่งผ่านอิเล็กตรอนจะใช้ซิงก์ทินออกไซด์ (ZTO), ซิงก็ออกไซด์ (ZnO) และ ทินออกไซด์ (SnO2 ) ที่เคลือบด้วยการเคลือบสล็อตได 2TO มีสมบัติทางแสงและไฟฟ้าที่เหมาะสมในการเป็นชั้นส่งผ่านอิเล็กตรอน (Electron transporting layer, ETL) สำหรับ PSCs รวมทั้งมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี โดยมีการเตรียมฟิล์มบางด้วยเครื่องเคลือบสล็อตได (Slot-die coater) ที่ประดิษฐ์ขึ้นเองในระดับห้องปฏิบัติการ ประกอบด้วยการติดตั้งบนแพลตฟอร์มเครื่องจักรซีเอ็นซี (CNC) 3 แกน และมีการด้วยการปรับตัวแปรของกระบวนการเคลือบสล็อตไดให้เหมาะสม ในงานวิจัยนี้จะศึกษาผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิพื้นผิวของแผ่นรองรับและความเร็วในการเคลือบซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อลักษณะทางสัณฐานวิทยาและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (FE-SEM), กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และการวิเคราะห์ตัวแปรโฟ โตวอลเทอิก (Photovoltaic parameters) ของ PSCs ด้วยการนำฟิล์ม ZnO , SnO2, และ ZTO ประยุกต์เป็น ETL ใน PSCs ที่ปราศจากเมริลแอมโมเนียมและ ใช้คาร์บอนเป็นขั้วไฟฟ้า โดยจากผลการทดลอง PSCs ที่ใช้ฟิล์ม ZnO และ ZTO เคลือบด้วยวิธีการเคลือบสล็อตไดพบว่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพการแปลงไฟฟ้า (PCE) สูงสุดเท่ากับ 9.96% และ 9.92% ตามลำดับ สำหรับเงื่อนไขความเร็วในการเคลือบเท่ากับ 14.8 mm/s และ อุณหภูมิแผ่นรองรับเท่ากับ 60 o C ซึ่งสามารถเทียบเท่าได้กับอุปกรณ์ที่ใช้ฟิล์ม ZnO และ ZTO ที่เคลือบด้วยวิธีการเคลือบแบบหมุนเหวี่ยง (Spin coating) และสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ฟิล์ม SnO2 นั้นให้ผลที่ไม่น่าพึ่งพอใจเนื่องจากอุณหภูมิแผ่นรองรับที่ไม่เหมาะสม ดังนั้นจึงมีการปรับอุณหภูมิแผ่นรองรับขณะเคลือบให้เหมาะสมโดยการเตรียมฟิล์ม ZnO เป็น ETL ผลลัพธ์ปรากฎว่ามีการปรับปรุงรอยต่อระหว่าง ETL กับชั้นเพอรอฟสไกต์เมื่อเพิ่มอุณหภูมิแผ่นรองรับเป็น 80 o C จึงทำให้ค่า PCE ที่ดีที่สุดเพิ่มขึ้นเท่ากับ 10.80% งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคนิคการเคลือบแบบสล็อตไดที่สามารถให้ประสิทธิภาพเทียบเท่าได้กับวิธีการเคลือบแบบหมุนเหวี่ยงที่เป็นที่นิยม โดยทั่วไปในระดับห้องปฏิบัติการซึ่งอาจเป็นแนวทางที่สำคัญนำไปสู่การผลิต PSCs ขนาดใหญ่ที่มีประสิทธิภาพสูงในระดับอุตสาหกรรม

Abstract: To fabricate perovskite solar cell (PSCs), spin coating technique is generally used to deposit each layer in PSCs. However, this technique is not suitable for potential large-scale manufacturing. Therefore, we attempt to step toward industrial level by replacing the spin coating method with slot- die coating technique. This technique promises scalability and excellent material usage, which has been used for coating uniform and full coverage films across large substrates. Herein, zinc tin oxide (ZTO), zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO2) as ETL in PSCs were prepared by slot-die coating because of its excellent optical and electronic properties and good chemical stability. The slot-die coated ZTO, ZnO and SnO2 thin films were prepared from a homemade slot-die set up on a 3 axis CNC platform along with optimization of slot-die process parameters. Field emission scanning electron microscopes (FE-SEM), atomic force microscope (AFM) and photovoltaic parameter measurement are carried out to investigate the impact of variations of substrate temperature and coating speed, which are critical factors influencing the morphology and device's performance. Slot- die coating processes of ZTO, ZnO and SnO2, as ETLs have been illustrated for carbon-based methylammonium (MA)-free PSCs. The device using slot-die coated ZTO and ZnO films demonstrated the champion device with the highest power conversion efficiency (PCE) of 9.92% and 9.90%, respectively for coating speed of 14.8mm/s and substrate temperature of 60 C. This PCEs are comparable to those of the devices using spin-coated films. Unfortunately, for the devices with SnO2 film indicated unsatisfactory result because substrate temperature of 60 C is not proper. Therefore, Optimization of substrate temperature was continuously considered by preparation of ZnO films via slot-die coating technique. The results indicated that contact at ETL/perovskite interface was improved by increasing substrate temperature to 80 "C of slot-die coated ZnO yielding PCE 10.80% for champion device. This work demonstrates the potential of slot-die coating technique for replacing the use of spin-coating method and it could be an effective route to fabricate potentially large-scale PSCs.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: อัครินทร์ อินทนิเวศน์

Role: ประธานกรรมการ

Name: พิพัฒน์ เรือนคำ

Role: กรรมการ

Name: ดวงมณี ว่องรัตนะไพศาล

Role: กรรมการ

Name: อัจฉราวรรณ กาศเจริญ

Role: กรรมการ

Created: 2564

Modified: 2565-12-25

Issued: 2565-12-25

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: ฟิสิกส์ประยุกต์

Grantor: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

©copyrights มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	620531063.pdf	5.7 MB	14	2023-12-17 07:44:28

ใช้เวลา

0.039605 วินาที