1. UKM Learning and Research Repository
2. PHD Thesis / Tesis PHD
3. Faculty of Science and Technology / Fakulti Sains dan Teknologi

Title:	Peningkatan prestasi sel suria organik jenis songsang dengan pendopan Mg dan Ga ke dalam tatasusunan nanorod ZnO
Authors:	Riski Titian Ginting (P62960)
Supervisor:	Yap Chi Chin, Dr.
Keywords:	Sel suria organik Solar cells
Issue Date:	15-Sep-2014
Description:	Tatasusunan nanorod ZnO (ZnONRAs) satu dimensi yang ditumbuhkan dengan kaedah hidroterma telah digunakan secara meluas sebagai bahan penerima elektron dalam sel suria organik jenis songsang (IOSCs) kerana morfologi yang mudah dikawal dan kelincahan elektron yang tinggi. Walau bagaimanapun, kawasan antara muka yang kecil antara penderma polimer dan penerima ZnONRAs serta penggabungan semula cas yang disebabkan oleh kecacatan yang terdapat pada permukaan ZnO mengakibatkan prestasi fotovoltaik IOSCs menjadi rendah. Tesis ini melaporkan prestasi IOSCs yang berasaskan ZnONRAs terdop Mg dan Ga, dengan fluorin timah oksida (FTO) telah digunakan sebagai katod, poli(3-heksiltiofen-2,5-diil) (P3HT) sebagai penderma, ZnONRAs sebagai penerima, dan perak (Ag) sebagai anod. Kesan kepekatan pendopan Mg (0, 1, 3, dan 5 at%) dan Ga (0, 1, 2, dan 3 at%) terhadap sifat morfologi, struktur, dan optik ZnONRAs dan kemudian kesannya terhadap prestasi fotovoltaik IOSCs telah dikaji. Peranti telah difabrikasikan dengan menyalut putar lapisan P3HT pada ZnONRAs yang ditumbuhkan dengan kaedah hidroterma di atas substrat FTO yang telah disalut dengan nanobenih ZnO dan diikuti dengan pemendapan anod Ag menggunakan percikan magnetron. Imej mikroskopi elektron imbasan pancaran medan menunjukkan bahawa ketumpatan dan panjang ZnONRAs meningkat, manakala diameter menyusut dengan peningkatan kepekatan Mg dalam julat yang diuji. Berbeza dengan pendopan Mg, perlakuan yang serupa hanya dapat diperhatikan pada julat kepekatan Ga antara 0 sehingga 1 at%. ZnONRAs terdop Ga berdiameter besar dengan ketumpatan yang rendah diperoleh ketika kepekatan Ga dinaikkan kepada 2 dan 3 at%. Analisis pembelauan sinar-X mengesahkan kecenderungan orientasi pertumbuhan pada arah (002) dan tiada fasa bendasing yang dapat dikesan. Pancaran fotoluminesen (PL) yang berkaitan dengan kecacatan oksigen (kekosongan dan interstis oksigen) dapat dikurangkan dengan pendopan Mg dan Ga dengan kepekatan masing-masing sehingga 3 at% dan 1 at%. Pancaran yang berkaitan dengan bahan dop mula mendominasi dengan peningkatan kepekatan pendopan. Daripada lengkung ketumpatan arus-voltan di bawah pencahayaan dapat ditentukan bahawa kepekatan pendopan Mg dan Ga yang sesuai dapat meningkatkan ketumpatan arus litar pintas (Jsc) dan voltan litar terbuka (Voc). Peningkatan dalam Jsc boleh dikaitkan dengan peningkatan pemisahan eksiton pada antara muka yang luas antara ZnO dan P3HT seperti yang dibuktikan dengan penurunan masa hayat PL resolusi-masa dan peningkatan keupayaan permukaan. Selain itu, peningkatan kelincahan cas peranti yang dicerap daripada analisis pengekstrakan cas dengan peningkatan voltan secara linear juga memainkan peranan. Sementara itu, peningkatan Voc dapat dikaitkan dengan pengurangan dalam penggabungan cas semula yang disebabkan oleh kecacatan oksigen yang bertindak sebagai perangkap elektron dalam ZnO. Penemuan ini disahkan oleh pengukuran spektroskopi impedans dan fotovoltan fana. Kecekapan penukaran kuasa yang tertinggi iaitu 0.36 ± 0.02 dan 0.44 ± 0.04 % telah diperoleh untuk kepekatan pendopan Mg dan Ga yang masing-masingnya 3 at% dan 1 at%. Pendopan Mg dan Ga pada kepekatan yang sesuai merupakan pendekatan yang mudah untuk memperoleh ZnONRAs dengan kawasan permukaan yang luas dan kecacatan permukaan yang rendah, seterusnya meningkatkan prestasi fotovoltaik IOSCs.,Hydrothermally grown one dimensional (1D) ZnO nanorod arrays (ZnONRAs) have been widely used as electron acceptor material in inverted type organic solar cells (IOSCs) due to their controllable morphology and high electron mobility. However, small interfacial areas between polymer donor and ZnONRAs acceptor as well as the charge recombination caused by the defects appearing on the surface of ZnO contribute to the poor photovoltaic performance of IOSCs. This thesis reports the performance of IOSCs based on Mg- and Ga-doped ZnONRAs, in which the fluorine doped tin oxide (FTO) was used as cathode, poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) as donor, ZnONRAs as acceptor and silver (Ag) as anode. The influence of Mg (0, 1, 3, and 5 at%) and Ga (0, 1, 2, and 3 at%) doping concentration on the morphological, structural and optical properties of ZnONRAs and the subsequent effects on the photovoltaic performance of IOSCs were investigated. The devices were fabricated by spin coating P3HT layer on ZnONRAs which were hydrothermally grown on top of FTO substrates pre-coated with ZnO seed layer and followed by the deposition of Ag anode using magnetron sputtering. The field emission scanning electron microscopy images indicate that the density and length of Mg-doped ZnONRAs increased, whereas the diameter decreased with the increase of Mg concentration in the tested range. In contrast to Mg doping, a similar behavior was only observed in the Ga doping concentration ranging from 0 to 1 at%. Lower density Ga-doped ZnONRAs with larger diameter were obtained when the Ga concentration was raised to 2 and 3 at%. The X-ray diffraction analysis confirms the preferred growth orientation was along the (002) direction and no any other impurity phases were observed. The photoluminescence (PL) emission related to oxygen defects (oxygen vacancy and interstitials) was suppressed by the incorporation of Mg and Ga with doping concentration up to 3 at% and 1 at%, respectively. The dopant-related emission began to dominate by further increasing the doping concentration. It was determined from the current density-voltage curves under illumination that appropriate Mg and Ga doping concentration improved both the short circuit current density (Jsc) and open circuit voltage (Voc). The increase in Jsc could be attributed to the enhanced exciton dissociation at the larger high interfacial area between ZnO and P3HT as evidenced by reduced time-resolved PL lifetime and increased surface potential. Besides, the increase in device mobility determined from the charge extraction linear increasing voltage analysis also played some role. Meanwhile, the improvement of Voc could be related to the reduction in charge recombination due to the suppression of oxygen defetcs which act as electron traps in ZnO. This finding was confirmed by impedance spectroscopy and transient photovoltage measurements. The highest power conversion efficiency of 0.36 ± 0.02 and 0.44 ± 0.04 % were obtained at Mg and Ga doping concentrations of 3 at% and 1 at%, respectively. The incorporation of Mg and Ga dopant at appropriate concentration has been shown to be a simple approach to obtain ZnONRAs with large surface area while maintaining low surface defects, which is beneficial for photovoltaic performance of IOSCs.,PhD
Pages:	130
Call Number:	TK2960.R538 2014 tesis
Publisher:	UKM, Bangi
Appears in Collections:	Faculty of Science and Technology / Fakulti Sains dan Teknologi

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.