طراحی و ساخت سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگدانه طبیعی مبتنی بر نانوساختارهای اکسید روی
محورهای موضوعی : نانومواد
غلامرضا کیانی
1
(گروه شیمی آلی و بیوشیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران)
کلید واژه: سلول خورشیدی, نانوساختارهای اکسید روی, الکترود گرافیتی, رنگدانه طبيعي.,
چکیده مقاله :
در اين تحقيق اثر استفاده از نانوساختارهاي اكسيد روي به عنوان فوتوآند و رنگدانه طبيعي به عنوان حساس‌كننده، بر عملكرد سلول خورشيدي مورد ارزيابي قرار گرفت. بدين منظور از سه رنگدانه حنا، شاه‌توت و پوست پياز قرمز به عنوان حساس‌كننده استفاده گرديد. نانوساختارهای اکسید روی با روش ابداعی رسوب‌دهی الکتروشیمیایی ایجاد شد و تاثیر مدت زمان تولید نانوساختارها بر عملکرد نهایی سلول خورشیدی مورد واکاوی قرار گرفت. روشی که برای تهیه بستر اکسید رسانای شفاف انتخاب شده است مبتنی بر فرآیند سل-ژل بوده و ساختار فوتوآند اکسید روی توسط رسوب‌دهی الکتروشیمیایی بر روی بستر اکسید روی دوپه شده با آلومینیوم تهیه گردید. همچنین تاثیر استفاده از صفحه گرافیتی به جای پلاتین در الکترود مقابل، جهت تقلیل هزینه‌های تولید مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بررسی‌ها نشان داد کوتاه بودن زمان رسوب‌دهی الکتروشیمایی برای رشد نانوساختارها، موجب تسریع انتقالات الکترونی و شکل‌گیری سریع‌تر نانوکره‌ها بر روی بستر می‌گردد. بررسی مورفولوژي مربوط به نانوساختارهای اکسید روی توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي انجام شد. نتايج بدست آمده نشان داد پوست پياز قرمز كه حاوي رنگدانه سيانيدين مي‌باشد، داراي بهترین عملكرد در مقایسه با ساير رنگدانه‌ها است. طيف فرابنفش-مرئی (UV-Vis) اين رنگدانه نشان داد که پیک جذبی در nm 526 وجود دارد که در نزدیکی محدوده طیف پر توان خورشیدی است که به سطح زمین می‌رسد. مشخصه‌يابي سلول‌های خورشيدي تهیه شده نیز نشان داد كه نمونه تولید شده با رنگدانه طبیعی پوست پیاز قرمز، با زمان رسوب‌دهی 15 دقیقه و راندمان تبدیل انرژی 1/1%، عملکرد قابل قبولی را نسبت به سایر نمونه‌ها دارد. همچنین، جایگزین نمودن صفحه گرافیتی به جای الکترود پلاتینی نیز با ارایه عملکردی رضایت‌بخش نشان می‌دهد که این روش موجب کاهش هزینه‌های تولید سلول‌های خورشیدی می‌شود.
[1] M.K. Nazeeruddin, E. Baranoff, M. Gratzel, Solar Energy, 85, 2011, 1172.
[2] S. Sharma, B. Siwach, S. Ghoshal, D. Mohan, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70, 2017, 529.
[3] A. Andualem, S. Demiss, Edelweiss Applied Science and Technology, 2, 2018, 145.
[4] M. Kokkonen, P. Talebi, J. Zhou, S. Asgari, S.A. Soomro, F. Elsehrawy, J. Halme, S. Ahmad, A. Hagfeldt, S.G. Hashmi, Journal of Materials Chemistry A, 9, 2021, 10527.
[5] O. Dupre, R. Vaillon, M.A. Green, Physics and Engineering, 10, 2017, 978.
[6] محمدحسین عباسپورفرد، شادمان منصوری، "تاثیر استفاده توام از نانوذرات و نانوالیاف TiO2 در الکترود کاتد بر بازدهی سلول خورشیدی حساس به رنگدانه طبیعی پوست انار سیاه"، نشریه نانومواد، شماره 43، 1399، 201.
[7] K. Sharma, V. Sharma, S. Sharma, Nanoscale Research Letters, 13, 2018, 1.
[8] J. Gong, K. Sumathy, Q. Qiao, Z. Zhou, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 68, 2017, 234.
[9] H. Esgin, Y. Caglar, M. Caglar, Journal of Alloys and Compounds, 890, 2022, 161848.
[10] H. Ennaceri, A. Taleb, M. Boujnah, A. Khaldoun, J. Ebothe, A. Ennaoui, A. Benyoussef, Journal of Computational Electronics, 20, 2021, 1948.
[11] S.I. Kunya, Y. Abdu, M.K. Mustafa, M.K. Ahmad, Journal of Chemistry Studies, 1, 2022, 17.
[12] N.A. Martynova, V.N. Svishchev, L.S. Lepnev, S.P. Alieva, E.G. Chertorylskaya, International Journal of Photoenergy, 1, 2019, 2019.
[13] R. Vittal, K.C. Ho, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70, 2017, 920.
[14] Q. Zhang, C.S. Dandeneau, X. Zhou, G. Cao, Advanced Materials, 21, 2009, 4087.
[15] R. Shashanka, H. Esgin, V.M. Yilmaz, Y. Caglar, Journal of Science: Advanced Materials and Devices, 5, 2020, 185.
[16] T.T. Saputrina, I. Iwantono, A. Awitdrus, A.A. Umar, Science, Technology & Communication Journal, 1, 2020, 1.
[17] D. De, M. Sreevidhya, C.K. De, Advances in Sustainability Science and Technology: Springer, 4, 2021, 81.
[18] T. Park, B. Kong, H.K. Cho, D. Park, J. Lee, Physica B: Condensed Matter, 376, 2006, 735.
[19] A. Ghosh, N. Kumari, A. Bhattacharjee, Pramana, 84, 2015, 621.
[20] W. Yang, Z. Liu, D.L. Peng, F. Zhang, H. Huang, Y. Xie, Z. Wu, Applied Surface Science, 255, 2009, 5669.
[21] J.I. Nomoto, T. Hirano, T. Miyata, T. Minami, Thin Solid Films, 520, 2011, 1400.
[22] J.H. Sun, S.Y. Dong, J.L. Feng, X.J. Yin, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 335, 2011, 145.
[23] T. Pauporte, I. Jirka, Electrochimica Acta, 54, 2009, 7558.
[24] A. Ringleb, R. Ruess, N. Hofeditz, W. Heimbrodt, T. Yoshida, D. Schlettwein, Physical Chemistry Chemical Physics, 23, 2021, 8393.
[25] A.N. Ossai, A.B. Alabi, S.C. Ezike, A.O. Aina, Current Research in Green and Sustainable Chemistry, 3, 2020, 100043.
[26] A.H. Javed, N. Shahzad, M.A. Khan, M. Ayub, N. Iqbal, M. Hassan, M.I. Shahzad, Solar Energy, 230, 2021, 492.
[27] V.F. Nunes, A.P.S. Souza, F. Lima, G. Oliveira, F.N. Freire, A.F. Almeida, Materials Research, 7, 2018, 21.
[28] M.W. Alam, M.Z. Ansari, M. Aamir, M. Waheed-Ur-Rehman, N. Parveen, S.A. Ansari, Crystals, 12, 2022, 128.
[29] G.M. Nam, M.S. Kwon, Journal of Information Display, 10, 2009, 24.
[30] A. Shetty, K.K. Nanda, Applied Physics A, 109, 2012,151.
[31] J. Leyrer, M. Rubilar, E. Morales, B. Pavez, E. Leal, R. Hunter, Journal of Electronic Materials, 47, 2018, 6136.
[32] K.E. Jasim, S. Al-Dallal, A.M. Hassan, Journal of Nanotechnology, 1, 2012, 20.
[33] F.I. Chowdhury, J. Islam, A. Arof, M. Khandaker, H.M. Zabed, I. Khalil, M. Rahman, S. Islam, R. Karim, J. Uddin, RSC Advances, 11, 2021, 22937.
[34] Q. Zhang, K. Park, G. Cao, Material Matters, 5, 2010, 32.
[35] N.Y. Amogne, D.W. Ayele, Y.A. Tsigie, Materials for Renewable and Sustainable Energy, 9, 2020, 1.
[36] S. Haid, M. Marszalek, A. Mishra, M. Wielopolski, J. Teuscher, J.E. Moser, R. Baker, S. Zakeeruddin, M. Gratzel, P. Bauerle, Advanced Functional Materials, 22, 2012,1291.
[37] G. Richhariya, A. Kumar, P. Tekasakul, B. Gupta, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 2017, 705.
[38] M.J. Akhtar, H.A. Alhadlaq, A. Alshamsan, M. Khan, M. Ahamed, Scientific Reports, 5, 2015, 1.
