در این مقاله سلول خورشیدی حساس به رنگ با فوتوآند دولایه ساخته شد. ابتدا نانوذرات تیتانیوم دی اکسید با روش هیدروترمال سنتز شد. سپس نانوذرات TiO2 سنتز شده با روش الکتروفورز با ولتاژ 5 ولت در زمان 10-2.5 دقیقه بر روی شیشه FTO نشانده شد. سپس کره های توخالی TiO2 با روش تمپلیت و با استفاده از کربن توخالی به عوان تمپلیت سنتز شد. خمیر کره های تو خالی تیتانیوم دی اکسید مشابه نانوذرات تیتانیوم دی اکسید با روش دکتر بلید لایه نشانی شد. فوتوآند ساخته شده بعد از کلسینه در دمای 500 درجه سانتی گراد داخل رنگ آلی N-719 غوطه ور شد. مقادیر VOC,JSC,F.F و بازدهی به ترتیب %62، 13.16 mA/cm2، 734 میلی ولت و 5.96% به دست آمد.

پوشش های نانوکامپوزیتی دی اکسید تیتانیم-نانولوله کربنی چنددیواره (TiO2-MWCNT) حاوی درصدهای گوناگون از نانولوله کربنی روی زیرلایه اکسید قلع دوپ شده با فلوئور به روش سل ژل غوطه وری ایجاد شدند. سپس، سلول های خورشیدی رنگ دانه ای با استفاده از آندهای تهیه شده از این پوشش ها، الکترولیت اکسایشی-کاهشی پایه ید و الکترود کمکی پلاتینه شده ساخته شدند. نتایج نشان دادند که سلول خورشیدی ساخته شده از فیلم نانوکامپوزیتی TiO2-3%wt. MWCNT دارای بیش ترین بازدهی تبدیل (31%/5) و میزان افزایش بازدهی نسبت به حالتی که از لایه TiO2 خالص در ساخت آند استفاده شود، %69 ~ است. این ارتقا در بازدهی تبدیل به افزایش رسانایی الکتریکی آند، کاهش ترکیب مجدد حامل های بار در آن و کاهش مقاومت انتقال بار در فصل مشترک دی اکسید تیتانیم/ رنگ دانه/ الکترولیت نسبت داده شد.

لایه نازک دی اکسید تیتانیوم دوپ شده با مقادیر مختلف لیتیوم روی زیرلایه اکسید قلع دوپ شده با فلوئور (FTO) با استفاده از فناوری دکتر بلید ایجاد شد. خواص ساختاری، نوری و مورفولوژی این فیلم توسط پراش سنجی پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) و تست طیف نگاری بازتاب نفوذی (DRS) و خصوصیات سلول ساخته شده توسط مشخصه یابی ولتاژ - چگالی جریان (V-l) بررسی شد. نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد که تنها فاز تشکیل شده آناتاز است. اندازه کریستالیت های آناتاز با افزایش غلظت لیتیوم، کاهش یافت. تصاویر SEM نشان داد که لایه های نازک تولیدشده از لحاظ ساختاری یکنواخت بوده و دارای ذرات با اندازه 20 تا 40 نانومتر است. افزودن لیتیوم باعث بزرگ شدن مساحت سطح ویژه و کاهش اندازه حفره های تخلخل در لایه نازک شد. مشخصه یابی V-l نشان داد که حضور لیتیوم باعث افزایش چگالی جریان می شود، به طوری که مقدار ISC نمونه حاوی 0.7 درصد وزنی لیتیوم در مقایسه با نمونه بدون لیتیوم، از 1.17 به 2.5 میلی آمپر بر سانتی متر مربع بهبود می یابد. از آزمایش های DRS مشخص شد که با افزایش غلظت لیتیوم، لبه جذب فیلم به سمت طول موج های کوتاه جا به جا می شود.

در این پژوهش، ویژگی نوری-الکتریکی و بازده تبدیل فتوالکتروشیمیایی سلول خورشیدی دو وجهی حساس به رنگ دانه N719 متشکل از فیلم پلی آنیلین (PANI) و فیلم نانوساختار تیتانیم اکسید (TiO2) موردبررسی قرارگرفته است. الکترود متقابل برپایه PANI طی فرایند بسپارش آنیلین با کاتالیست اسیدی تهیه شد. درحالی که فیلم TiO2، به عنوان فتوآند، در دمای پایین به کمک روش شیمیایی سل-ژل و فرایند لایه نشانی غوطه وری ساخته شد. بالا بودن مقدار عبوردهی نوری سلول ساخته شده، سبب شد تا بر اثر تابش نور از دو وجه، چگالی بالاتری از مولکول های رنگ، طی فرایند فتوشیمیایی برانگیخته شوند. افزایش بازدهی تبدیل سلول در حضور رنگ دانه مولکولی بر پایه روتنیم، با نام تجاری N719، تا مقدار 22/8% در مقایسه با سلول مشابه ساخته شده با الکترود پلاتین (با بازدهی 75/7 %) مناسب تر است. هزینه پایین ساخت و بالا بودن عبوردهی نوری تا 71 % در ناحیه نور مرئی، امکان استفاده از الکترودهای PANI و TiO2 با ریختی ویژه را برای ساخت سلول های خورشیدی دووجهی، در مقیاس صنعتی، فراهم می سازد.

در این تحقیق نانوبلور های TiO2 به روش سل- ژل بر مبنای هیدرولیز پیش ماده تیتانیوم تترا ایزوپروپوکساید Ti{OCH (CH3)2}4 در یک بستر روغنی از جنس n-Heptan تهیه گردیدند. نقش محیط روغنی در این روش رشد، رقیق سازی مواد اولیه واکنش دهنده و در نهایت ایجاد قابلیت تشکیل نانوبلورهای TiO2 با ابعاد کوچک تر و سطح موثر پودر بیشتر است. پخت نانو پودر ساخته شده در دمای 450oC به مدت1h منجر به تهیه نانوذرات بلوری فاز آناتاز TiO2 گردید. در ادامه این نانوذرات با غلظت مناسب در یک محیط آبی حاوی پلی اتیلن گلایکول (PEG) به عنوان عامل ایجاد کننده چسبندگی و با اعمال فرایند حرارت دهی دمای پایین بصورت خمیر TiO2 درآمدند. خمیر تهیه شده به روش دکتر بلید بر روی شیشه رسانا FTO لایه نشانی گردید و فوتوآند سلول تهیه گردید. سپس سایر مراحل ساخت سلول خورشیدی رنگ دانه ای شامل جذب رنگ، ساخت شیشه هادی پلاتینه شده به عنوان الکترود شمارنده، تزریق الکترولیت I-/I3-، بستن سلول انجام گرفت. طیف پراش پرتوی X تهیه شده از نانوذرات نشان دهنده تشکیل فاز بلوری آناتاز TiO2 بود. همچنین تصاویر SEM تهیه شده از سطح فوتوآندها نشان دهنده تشکیل ذراتی کاملا کروی بود. نمودار توزیع اندازه ذرات برگرفته از تصاویر SEM نیز نشان داد که اندازه ذرات در گستره 37-15 nm می باشد. بر اساس نتایج بهترین عملکرد سلول با استفاده از فوتوآند تهیه شده با نانوذرات TiO2 در ضخامت 15 میکرومتر حاصل شد. برای این سلول چگالی جریان اتصال کوتاه 12.44 mA/cm2، ولتاژ مدار باز 655 mV، عامل پرشدگی 0.55 و بازدهی تبدیل 4.4% به دست آمد.

متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد، لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.