بهبود کارایی سلول خورشیدی حساس‌شده با رنگدانه N719 با به‌کارگیری بسپار‌های رسانای پلی‌پیرول/پلی‌آنیلین به‌عنوان الکترود مقابل
محورهای موضوعی : شیمی پلیمر
مهسا مهدوی نیا
1
,
غلامرضا کیانی
2
,
ایوب کریم زادقویدل
3
1 - دانشجوی دکترا گروه شیمی آلی و بیوشیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.
2 - دانشیار شیمی آلی گروه شیمی آلی و بیوشیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.
3 - مربی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.
کلید واژه: پلی‌آنیلین, سلول خورشیدی حساس‌شده با رنگدانه, پلی‌پیرول, بسپار رسانا, الکترود مقابل بسپار,
چکیده مقاله :
هدف از این پژوهش، ساخت سلول خورشیدی برپایه نانوساختار تیتانیم دی اکسید حساس شده با رنگدانه N719 و بهبود کارایی آن با به کارگیری ساختار هسته-پوسته پلی پیرول/پلی آنیلین به عنوان الکترود مقابل است. سلول های خورشیدی تهیه شده با الکترود مقابل بسپار با دو روش لایه نشانی چرخشی و قطره ای در ضخامت های متغیر، ساخته و ارزیابی شدند. افزون براین، تاثیر غلظت نانوسیم و نانوذره های تیتانیم دی اکسید، حاضر در فوتوآند بر کارایی سلول خورشیدی بررسی شد. مقدار جذب رنگدانه N719 با طیف نورسنج بررسی شد و بیشینه جذب در طول موج های 380 و 530 نانومتر به دست آمد. واکاوی ساختار فوتوآند و الکترود مقابل، با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که ترکیب نانوذره ها و نانوسیم های تیتانیم دی اکسید با نسبت 1 به 9، موجب ایجاد ساختاری متخلخل با نسبت سطح به حجم بالا می شود که تأثیر بسز ایی در مقدار جذب رنگدانه و بازده سلول خورشیدی دارد. با توجه به اینکه سلول خورشیدی تهیه شده با روش لایه نشانی قطره ای، کارایی مطلوبی نداشت، تمرکز پژوهش در راستای نمونه تهیه شده با روش لایه نشانی چرخشی معطوف شد. نمونه سلول خورشیدی ساخته شده با الکترود مقابل پلی پیرول/پلی آنیلین با روش لایه نشانی چرخشی، ولتاژ مدار باز 71/0 ولت و عامل پرشدگی 38/57 را نشان می دهد که ولتاژ مدار باز و عامل پرشدگی نسبت به نمونه های مشابه، به ترتیب به مقدار 6/7 و 35 برابر بهبود یافته اند.
The aim of this research is the fabrication of a titanium dioxide nanostructure-based solar cell sensitized with N719 dye, and improving its efficiency with the application of a core-shell structure of polypyrrole/polyaniline as a counter electrode. The solar cells with polymeric counter electrode were fabricated, in variable thicknesses by two spin coating and drop coating methods, and evaluated. In addition, the effect of nanowires and titanium dioxide nanoparticles concentration, present in photo-anode, was investigated on the performance of solar cell. The absorption amount of N719 dye was studied by spectrophotometer, and the maximum absorption was obtained at the wavelengths of 380 and 530 nm. The structural investigation of photo-anode and counter electrode by scanning electron microscope showed that the combination of nanoparticles and titanium dioxide nanowires with 1:9 ratio leads to a porous structure with a high surface-to-volume ratio that has a significant effect on the absorption of the dye and solar cell efficiency. The prepared solar cell by the drop coating method did not have appropriate performance. So, the focus of the research was directed towards the sample prepared by spin coating method. The solar cell sample with the counter electrode, containing polypyrrole/polyaniline, fabricated by spin coating method offers the open circuit voltage of 0.71 V, short circuit current of 2.58 mA, fill factor of 57.38, and efficiency of 1.05, which open circuit voltage and fill factor have been improved by 7.6 and 35 times compared to similar samples, respectively.
]1[ Mohiuddin, O.; Obaidullah, M.; Sabah, C.; Opt. Quantum Electron 50, 1-28, 2018.
]2[ Saranya, K.; Rameez, M.; Subramania, A.; Eur. Polym. J. 66, 207-227, 2015.
]3 [Bahramian, A.; Kerami, A.; Vashai, D.; J. Appl. Chem. 13, 73-84, 2019.
]4 [Sharma, S.; Siwach, B.; Ghoshal, S.; Mohan, D.; Renew. Sust. Energ. Rev. 70, 529-537, 2017.
]5 [Kumara, N.; Lim, A.; Lim, C. M.; Petra, M. I.; Ekanayake, P.; Renew. Sust. Energ. Rev. 78, 301-317, 2017.
]6 [Ahmad, M.S.; Pandey, A.K.; Abd Rahim, N.; Renew. Sust. Energ. Rev. 77, 89–108, 2017.
]7 [Gong, J.; Sumathy, K.; Qiao, Q.; Zhou, Z.; Renew. Sust. Energ. Rev. 68, 234-246, 2017.
]8 [Azimi, J.; Kiani, G.; Karimzad Ghavidel, A.; Mahdavinia, M.; Karafan Quarterly Scientific Journal 2022. (In press)
]9 [Tomar, N.; Dhaka, V.S.; Surolia, P.K.; Mater. Today: Proc. 43, 2975-2978, 2021.
]10 [ Pei, J.; Guo, F; .Zhang, J.; Zhou, B.; Bi, Y.; Li, R.; J. Clean. Prod. 288, 125-338, 2021.
]11 [Xia, J.; Chen, L.; Yanagida, S.; J. Mater. Chem. 21, 4644-4649, 2011.
]12 [Farooq, S.; Tahir, A.A.; Krewer, U.; Bilal, S.; Electrochim. Acta 320, 134544, 2019.
]13 [Li, Q.; Wu, J.; Tang, Q.; Lan, Z.; Li, P.; Lin, J.; Fan, L.; Electrochem. Commun. 10, 1299-1302, 2008.
]14 [Ghafoor, U.; Aqeel, A.B.; Zaman, U.K.U.; Zahid, T.; Noman, M.; Ahmad, M.S.; Energies 14, 3786, 2021.
]15 [Tas, R.; Can, M.; Sonmezoglu, S.; IEEE J. Photovolt. 7, 792-801, 2017.
]16 [Li, Q.; Wu, J.; Tang, Q.; Lan, Z.; Li, P.; Lin, J.; Fan, L.; Electrochem. commun. 10, 1299-1302, 2008.
]17 [Pan, L.; Qiu, H.; Dou, C.; Li, Y.; Pu, L.; Xu, J.; Shi, Y.; Int. J. Mol. Sci. 11, 2636-2657, 2010.
]18 [Rahman, M.S.; Hammed, W.A.; Yahya, R.B.; Mahmud, H.N.M.E.; J. Polym. Res. 23, 1-13, 2016.
]19 [Ghani, S.; Sharif, R.; Bashir, S.; Ashraf, A.; Shahzadi, S.; Zaidi, A.A.; Kamboh, A.H.; Mater Sci Semicond 31, 588-592, 2015.
]20 [Yue, G.; Zhang, X.A.; Wang, L.; Tan, F.; Wu, J.; Jiang, Q.; Lan, Z.; Electrochim. Acta .129, 229-236, 2014.
]21 [Xiao, Y.; Wu, J.; Yue, G.; Lin, J.; Huang, M.; Lan, Z.; Fan, L; Electrochim. Acta. 85, 432-437, 2012.
]22 [Hagfeldt, A.; Boschloo, G.; Sun, L.; Kloo, L.; Pettersson, H.; Chem. Rev. 110, 6595-6663, 2010.
]23 [Upadhyay, J.; Kumar, A.; Gogoi, B.; Buragohain, A.K.; Mater. Sci. Eng. C. 54, 8-13, 2015.
]24 [Liang, B.; Qin, Z.; Zhao, J.; Zhang, Y.; Zhou, Z.; Lu, Y.; J. Mater. Chem. 2, 2129-2135, 2014.
]25 [Selvapriya, R.; Mayandi, J.; Ragavendran, V.; Sasirekha, V.; Vinodhini, J.; Pearce, J. M.; Ceram. Int. 45, 7268-7277, 2019.
]26 [Selvaraj, P.; Roy, A.; Ullah, H.; Sujatha Devi, P.; Tahir, A.A.; Mallick, T.K.; Sundaram, S.; Int. J. Energy Res. 43, 523-534, 2019.
]27 [Rodrigues, D.F.; Santos, F.; Abreu, C.M.; Coelho, J.F.; Serra, A.C.; Ivanou, D.; Mendes, A.; ACS Sustain. Chem. Eng. 9, 5981-5990, 2021.
]28 [Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M.; Mater. Lett. 4, 88-90, 2009.
]29 [Hardani, H.; Ridwan Harahap, M.; Suhada, A.; Int. J. Thin Film Sci. Technol. 11, 6, 2022.
]30 [Chikate, B.V.; Sadawarte, Y.; Sewagram, B.; Int. J. Comput. Appl. 1, 0975-8887, 2015.
]31 [Zhang, X.; Wang, S.T.; Wang, Z.S.; Appl. Phys. Lett. 99, 113503, 2011.
]32 [Mi, H.; Zhang, X.; Ye, X.; Yang, S.; J. Power Sources 176, 403-409, 2008.
]33 [Cogal, S.; Ali, A.K.; Erten-Ela, S.; Celik Cogal, G.; Kulicek, J.; Micusik, M.; Oksuz, A.U.; J. Macromol. Sci. A 55, 317-323, 2018.
]34 [Pradhan, S.C.; Soman, S.; Surf. Interfaces. 5, 100030, 2021.
]35 [Theerthagiri, J.; Senthil, A.R.; Madhavan, J.; Maiyalagan, T.; Chem Electro Chem. 2, 928-945, 2015.
_||_
]1[ Mohiuddin, O.; Obaidullah, M.; Sabah, C.; Opt. Quantum Electron 50, 1-28, 2018.
]2[ Saranya, K.; Rameez, M.; Subramania, A.; Eur. Polym. J. 66, 207-227, 2015.
]3 [Bahramian, A.; Kerami, A.; Vashai, D.; J. Appl. Chem. 13, 73-84, 2019.
]4 [Sharma, S.; Siwach, B.; Ghoshal, S.; Mohan, D.; Renew. Sust. Energ. Rev. 70, 529-537, 2017.
]5 [Kumara, N.; Lim, A.; Lim, C. M.; Petra, M. I.; Ekanayake, P.; Renew. Sust. Energ. Rev. 78, 301-317, 2017.
]6 [Ahmad, M.S.; Pandey, A.K.; Abd Rahim, N.; Renew. Sust. Energ. Rev. 77, 89–108, 2017.
]7 [Gong, J.; Sumathy, K.; Qiao, Q.; Zhou, Z.; Renew. Sust. Energ. Rev. 68, 234-246, 2017.
]8 [Azimi, J.; Kiani, G.; Karimzad Ghavidel, A.; Mahdavinia, M.; Karafan Quarterly Scientific Journal 2022. (In press)
]9 [Tomar, N.; Dhaka, V.S.; Surolia, P.K.; Mater. Today: Proc. 43, 2975-2978, 2021.
]10 [ Pei, J.; Guo, F; .Zhang, J.; Zhou, B.; Bi, Y.; Li, R.; J. Clean. Prod. 288, 125-338, 2021.
]11 [Xia, J.; Chen, L.; Yanagida, S.; J. Mater. Chem. 21, 4644-4649, 2011.
]12 [Farooq, S.; Tahir, A.A.; Krewer, U.; Bilal, S.; Electrochim. Acta 320, 134544, 2019.
]13 [Li, Q.; Wu, J.; Tang, Q.; Lan, Z.; Li, P.; Lin, J.; Fan, L.; Electrochem. Commun. 10, 1299-1302, 2008.
]14 [Ghafoor, U.; Aqeel, A.B.; Zaman, U.K.U.; Zahid, T.; Noman, M.; Ahmad, M.S.; Energies 14, 3786, 2021.
]15 [Tas, R.; Can, M.; Sonmezoglu, S.; IEEE J. Photovolt. 7, 792-801, 2017.
]16 [Li, Q.; Wu, J.; Tang, Q.; Lan, Z.; Li, P.; Lin, J.; Fan, L.; Electrochem. commun. 10, 1299-1302, 2008.
]17 [Pan, L.; Qiu, H.; Dou, C.; Li, Y.; Pu, L.; Xu, J.; Shi, Y.; Int. J. Mol. Sci. 11, 2636-2657, 2010.
]18 [Rahman, M.S.; Hammed, W.A.; Yahya, R.B.; Mahmud, H.N.M.E.; J. Polym. Res. 23, 1-13, 2016.
]19 [Ghani, S.; Sharif, R.; Bashir, S.; Ashraf, A.; Shahzadi, S.; Zaidi, A.A.; Kamboh, A.H.; Mater Sci Semicond 31, 588-592, 2015.
]20 [Yue, G.; Zhang, X.A.; Wang, L.; Tan, F.; Wu, J.; Jiang, Q.; Lan, Z.; Electrochim. Acta .129, 229-236, 2014.
]21 [Xiao, Y.; Wu, J.; Yue, G.; Lin, J.; Huang, M.; Lan, Z.; Fan, L; Electrochim. Acta. 85, 432-437, 2012.
]22 [Hagfeldt, A.; Boschloo, G.; Sun, L.; Kloo, L.; Pettersson, H.; Chem. Rev. 110, 6595-6663, 2010.
]23 [Upadhyay, J.; Kumar, A.; Gogoi, B.; Buragohain, A.K.; Mater. Sci. Eng. C. 54, 8-13, 2015.
]24 [Liang, B.; Qin, Z.; Zhao, J.; Zhang, Y.; Zhou, Z.; Lu, Y.; J. Mater. Chem. 2, 2129-2135, 2014.
]25 [Selvapriya, R.; Mayandi, J.; Ragavendran, V.; Sasirekha, V.; Vinodhini, J.; Pearce, J. M.; Ceram. Int. 45, 7268-7277, 2019.
]26 [Selvaraj, P.; Roy, A.; Ullah, H.; Sujatha Devi, P.; Tahir, A.A.; Mallick, T.K.; Sundaram, S.; Int. J. Energy Res. 43, 523-534, 2019.
]27 [Rodrigues, D.F.; Santos, F.; Abreu, C.M.; Coelho, J.F.; Serra, A.C.; Ivanou, D.; Mendes, A.; ACS Sustain. Chem. Eng. 9, 5981-5990, 2021.
]28 [Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M.; Mater. Lett. 4, 88-90, 2009.
]29 [Hardani, H.; Ridwan Harahap, M.; Suhada, A.; Int. J. Thin Film Sci. Technol. 11, 6, 2022.
]30 [Chikate, B.V.; Sadawarte, Y.; Sewagram, B.; Int. J. Comput. Appl. 1, 0975-8887, 2015.
]31 [Zhang, X.; Wang, S.T.; Wang, Z.S.; Appl. Phys. Lett. 99, 113503, 2011.
]32 [Mi, H.; Zhang, X.; Ye, X.; Yang, S.; J. Power Sources 176, 403-409, 2008.
]33 [Cogal, S.; Ali, A.K.; Erten-Ela, S.; Celik Cogal, G.; Kulicek, J.; Micusik, M.; Oksuz, A.U.; J. Macromol. Sci. A 55, 317-323, 2018.
]34 [Pradhan, S.C.; Soman, S.; Surf. Interfaces. 5, 100030, 2021.
]35 [Theerthagiri, J.; Senthil, A.R.; Madhavan, J.; Maiyalagan, T.; Chem Electro Chem. 2, 928-945, 2015.