بررسی پارامترهای الکتروفورتیک نانوذرات اکسید تیتانیوم در ساخت فوتوآند سلول خورشیدی حساس شده با رنگینه
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شیراز.
2 - دانشیار مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز.
کلید واژه: نانوذرات اکسید تیتانیوم, رسوب دهی الکتروفورتیک, سلول خورشیدی حساس شده با رنگینه, فوتوآند,
چکیده مقاله :
فوتوآند نیمه هادی حساس شده با رنگینه، نقش مهمی در تبدیل فوتون‌ها به انرژی الکتریکی ایفا می‌کند. به منظور رسیدن به سلول‌هایی با بازده‌ی بالا، تهیه الکترود با مساحت سطحی بالا که به جذب رنگینه کافی منتهی شود، الزامی است. یک روش موثر برای کنترل تخلخل، مساحت سطحی و چگالی فیلم، روش رسوب دهی الکتروفورتیک ناوذرات اکسید تیتانیوم است. در این مقاله از روش رسوب دهی الکتروفورتیک برای ایجاد لایه متخلخل اکسید تیتانیوم بر روی شیشه شفاف رسانا، به عنوان فوتوآند سلول خورشیدی حساس شده با رنگینه استفاده شد. ابتدا تاثیر شیمی محلول بر ایجاد و پایداری سوسپانسیون نانوذرات اکسید تیتانیوم و امکان ایجاد پوشش مورد بررسی قرار گرفت. محلول با کارآیی بالا انتخاب شد و پس از آن تاثیر پارامتر های فرآیند الکتروفورتیک مانند ولتاژ و زمان رسوبدهی و نیز غلظت ید و آب در سوسپانسیون نانوذرات بر پوشش ایجاد شده مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت از پوشش نانومتخلخل بدست آمده به عنوان فوتوآند سلول خورشیدی حساس شده با رنگینه استفاده شد و کارآیی آن مورد بررسی قرار گرفت. منحنی ولتاژ- جریان سلول خورشیدی حاصل تحت تابش نور لامپ زنون اندازه‌گیری و محاسبه گردید. سلول ساخته شده با فتوآندی که تحت ولتاژ 30 ولت و به مدت 8 دقیقه الکتروفورتیک گردید، بهترین عملکرد را از خود نشان داد. ضخامت لایه نانومتخلخل TiO2 این فتوآند 13 میکرومتر بود. چگالی جریان مدار کوتاه، ولتاژ مدار باز و بازده این سلول به ترتیب 93/0 میلی آمپر بر سانتی متر مربع، 455 میلی ولت و 18/0% برای این سلول مشاهده گردید.
Semiconducting photoanode plays an important role in converting photon to electron in dye sensitized solar cells. In the present work, electrophoretic deposition parameters for fabricating photoanode of dye sensitized solar cell were investigated. The effect of solution chemistry on stability of TiO2 nanoparticle suspension and film formation ability was studied. The suspension with the best performance was selected. Then, the effect of iodine and water concentration and also the effect of deposition time and voltage on electrophoretic deposition of TiO2 coating were investigated. Finally, the electrophoretic deposited coating was used as photoanode of dye sensitized solar cell and its photovoltaic performance was evaluated. Current- voltage curve was measured and recorded by the xenon lamp. Dye sensitized solar cell with photoanode of 13 µm thickness with voltage and time of electrophoretic deposition of, respectively, 30 V and 8 minute, showed the short-circuit current of 0.93 mA/cm2, open-circuit voltage of 455 mV and energy conversion efficiency of 0.18%.
References:
1- Wei, M. D., Konishi, Y., Zhou, H. S., Yanagida, M., Sugihara, H., Arakawa, H., Highly Efficient Dye-Sensitized Solar Cells Composed of Mesoporous Titanium Dioxide, Journal of Materials Chemistry, 16, 1287-1293, 2006.
2- Murakami, T., Grätzel, M., Counter Electrode for DSSC: application of
24 بررسی پارامترهای الکتروفورتیک نانوذرات اکسید تیتانیوم در ساخت فوتوآند سلول ...
functional materials as catalysts, Inorganica Chimica Acta, 361, 572-580, 2008.
3- Zukalova, M., Zukal, A., Kavan. L., Nazeeruddin, M.K., Liska, P., Gratzel, M, Voltage Enhancement in Dye-Sensitized Solar Cell Using Oriented Anatase TiO2 Nanosheets, Nano Letters, 5, 1789-1792, 2005.
4- کریمی، ل.، میرجلیلی، م.، نانو دی اکسید تیتانیوم روش-
های تولید و کاربرد آن، ماهنامه فناوری نانو، 1388 .
[ 5[ مشرقی، ع.، بررسی اثر اندازه ذره بر پارامتر حجم به
ازای اتم در نانوذرات اکسید تیتانیوم، مجله مواد نوین، جلد
8، شماره 1، ص 81 - 90 ، پاییز 1396 .
6- Besra, L., Liu, M., Review on Fundamentals and Applications of Electrophoretic Deposition (EPD), Progress in Materials Science, 52, 1-61, 2007.
7- Corni,I., Ryan, M.P., Boccaccini, A.R., Electrophoretic Deposition: from Traditional Ceramic to Nanotechnology, Journal of the European Ceramic Society, 28, 1353-1367, 2008.
8- Matthews, D., Kay,A., Gratzel, M., Electrophoretically deposited Titanium dioxide Thin Films for photovoltaic cells, Australlian Journal of Chemistry, 47, 1869-1877, 1994.
9- Sakka, Y., Uchikoshi, T., Forming and Microstructure Control of Ceramics by Electrophoretic Deposition (EPD), KONA Powder and Particle Journal, 28, 74-90, 2010.
10- Wirat, J., Samuk, P., Santi, M., Ekaphan, S., Vittaya, A., Optimization of Titanium dioxide film prepared by Electrophoretic deposition for Dye-sensitized solar cell application, Thin solid films, 517, 4663-4667, 2009.
11- Hsin-Wei, Ch., Chih-Peng, L., Hou-Sheng, H., Jian-Ging, Ch., Vittal, R., Chia-Yu, L., Electrophoretic deposition of mesoporous TiO2 nanoparticles consisting of primary anatase nanocrystallites on a plastic substrate for flexible Dye-sensitized solar cells, Chemical Communications, 47, 8346-8348, 2011.
12- Mashreghi, A., Davoudi, F., Effect of TiO2 nanoparticle content in sol–gel derived TiO2 paste on the photovoltaic properties of TiO2 photoanode of dye-sensitized solar cells, Materials Science in Semiconductor Processing, 26, 669-676, 2014.
13- Maria, J.S., Francisco ,M., Quaranta, N., Boccaccini, R., Characterization of TiO2 Nanoparticle suspensions for Electrophoretic deposition, Journal of Nanopart, 10, 787–793, 2008.
14- Lee, S.H., Photocatalytic Nanocomposites based on TiO2 and Carbon nanotubes, Ph.D. Thesis. The University of Florida, 2004.
15- Javidi, M.,Javadpour, Bahrololoom, M.E., Electrophoretic Deposition of Natural Hydroxyapatite on Medical Grade 316L Stainless Steel , Materials Science and Engineering, 28, 1509-1515, 2008.
16- Zhitomirsky, I., Gal-or, L., Electrophoretic deposition of hydroxyapatite, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 8, 9-213, 1997.
17- Mashreghi, A., Ghasemi, M., Investigating the effect of molar ratio between TiO2 nanoparticles and titanium alkoxide in Pechini based TiO2 paste on photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells, Renewable Energy, 75, 481-488, 2015.