انتخاب صفحه

پیشگفتار
در این تحقیق به ساخت و مشخصه یابی سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی پرداخته شده است. برای ساخت آند در این سلول ها معمولاً از نانوذرات تیتانیوم اکسید(TiO2) استفاده می شود که بر روی زیر لایههای شفاف و رسانای اکسید قلع آلاییده شده با فلوئور پوشش داده میشوند. در این جا جهت حساسسازی فوتوآندها از نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید استفاده میشود. تا به حال کاتدهای مختلفی برای این سلول ها به کار رفته است. در این پژوهش به بررسی کاتدهای مس سولفید و سرب سولفید و مقایسهی آنها پرداخته شده است و بعد از آن روشی جدید تحت عنوان روش لایه نشانی دورهای برای ساخت نانو کامپوزیت مس سولفید/سرب سولفید به عنوان کاتدی مؤثر در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی با بازدهی بالا معرفی شده است. در این روش کاتدها به روش پوشش پی در پی لایه های مس سولفید و سرب سولفید بر روی شیشههای FTO با روش جذب و واکنش پی در پی یونی (سیلار ) ساخته شدند. با استفاده از کاتد نانو کامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید بازدهی نسبتاً خوبی برای این سلولها به دست آمد که این بازدهی قابل قیاس با کاتد موثر و بهینه شده مس سولفید در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی میباشد.خواص فوتوولتایی این سلولها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسیها نشان داد که بازدهی این سلولها در مقایسه با کاتدهای مس سولفید و سرب سولفید به ترتیب بیش از2 و 3 برابر افزایش یافته است. پس از معرفی این روش به عنوان روشی نوین در ساخت کاتدهای نانو کامپوزیتی به بهینه کردن این کاتدها و بهینه کردن تعداد سیکلهای سیلار مس سولفید/سرب سولفید پرداخته شده است. در ادامه به منظور افزایش بازدهی و بهینه کردن عملکرد این سلول ها صفحات گرافن نیز به عنوان کاتد مورد استفاده قرار گرفت ،صفحات گرافنی به علت دارا بودن ساختار دو بعدی دارای سطح موثر بالا هستند. گرافن همچنین دارای رسانایی الکتریکی قابل مقایسه با فلزات میباشد. با توجه به سطح موثر مناسب و رسانایی قابل توجه، انتظار میرود کاتدهای متشکل از صفحات گرافنی، خواص کاتالیستی مناسبی در حضور الکترولیت مورد استفاده در سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی نشان دهند. بنابراین با توجه به مزایای ذکر شده برای گرافن؛ در این پژوهش به بررسی خواص فوتوولتائیک این سلول ها و تحلیل کارکرد گرافن به عنوان کاتد در این سلولها پرداخته شده است. همچنین نتایج مناسبی که از کاتدهای نانوکامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید در این تحقیق گرفته شده است، منجر به تلفیق این دو کاتد و ارائهی کاتدی ترکیبی از آنها شده است؛ که در اینجا به طور کامل به بررسی و مشخصه یابی خواص فوتوولتایی آنها پرداخته شده است.

فهرست مطالب

فهرست جدول‌ها ‌………………………………………………………………….د
فهرست شکل‌‌ها…………………………………………………………………. ‌ه
پیشگفتار……………………………………………………………………………. 1

فصل 1- مقدمه و سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگدانه

کنترل گرمایش جهانی و جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای کرهی زمین یکی از موضوعات چالش برانگیز قرن بیست و یکم میباشد. محدود کردن افزایش دمای کره زمین در حد 2 درجه سانتی گراد به نحوهی استفاده از سوختهای فسیلی بستگی دارد، زیرا گازهای ناشی از سوختهای فسیلی به خصوص گاز دی اکسید کربن (CO2) مانع از تبادل حرارتی جو زمین با خارج شده و گرما داخل جو محبوس میشود به همین دلیل این شرایط به فرآیند تولید گازهای گلخانهای شهرت یافته که افزایش آب و هوای زمین را در پی داشته است. بالا رفتن دمای کره زمین باعث بروز تغییر در آب و هوا میشود. بخش اعظم انتشار این گازها ناشی از استفادهی بیرویهی منابع انرژی فسیلی از جمله زغال سنگ، نفت و گاز توسط کشورهای توسعه یافته و صنعتی میباشد. این منابع اولیهی انرژی نه تنها باعث تغییرات آب وهوا بلکه سلامت انسان و اکوسیستم را نیز در معرض خطر قرار میدهد. از سوی دیگر منابع انرژی جهان محدود هستند و به طور یکنواختی توزیع نشدهاند. همهی اینها باعث میشود بشر به سمت منابع تجدید پذیر انرژی از جمله آب، باد، بیومس و انرژی خورشیدی سوق یابد.
در حالی که منابع انرژی در آینده میبایست ترکیبی از این منابع باشد، انرژی خورشیدی به تنهایی 10000 برابر مصرف روزانهی سیارهی ما را تأمین می کند. خورشید معادل 1024×3 ژول انرژی در سال به سیارهی ما میدهد، بنابراین با پوشش دادن تنها % 1/0 از سطح زمین با سلولهای خورشیدی با بازدهی % 10 نیاز فعلی بشر به انرژی تأمین می شود، اما استفادهی گسترده از این نوع انرژی نیازمند تکنولوژی برتر و تخمین صرفه اقتصادی میباشد.
البته انرژی خورشیدی با محدودیتهایی نیز رو به رو است از جمله غیر پیوسته بودن و پراکندگی این منبع؛ زیرا حرکت زمین موجب عدم تداوم نور خورشید در 24 ساعت شبانه روز میباشد، همچنین نقاط جغرافیایی مختلف به یک میزان از این انرژی بهره نمیبرند مثلاً در کشورهایی مانند فنلاند و سوئد که آفتابگیر نیستند، این انرژی غیر کاربردی میشود. علاوه بر این ذخیرهسازی و انتقال انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ مستلزم سرمایهگذاری وسیعتر میباشد.
بهرهبرداری از این انرژی نیازمند رسیدن به تکنولوژی و صنعت فوتوولتائیک که تولیدکنندهی انواع سلولهای فوتوولتائیک است، میباشد. این سلولها تبدیلکنندهی مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی هستند. این سلولها به دلیل عدم نیاز به اجزای متحرک؛ هزینهی نگهداری پایینی دارند و به همین دلیل جهت کاربردهای بلند مدت مورد توجه قرار گرفتهاند.
امروزه صنعت از سلولهای نیمه هادی فوتولتائیک در محصولات مصرفی مانند: ساعتهای خورشیدی، ماشین حسابها، اسباببازیها و غیره یا مونتاژ شدهی این سلولها در ماژولهای خورشیدی استفاده میکند. سلولهای خورشیدی فوتوولتائیک بسته به نوع تکنولوژی به کار برده شده در ساختشان به سه نسل تقسیم میشوند:
نسل اول: رایجترین سلولهایی هستند که در مصارف صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار میگیرند و از ویفرهای سیلیکونی تک کریستالی و چند کریستالی ساخته میشوند که حدود % 85 از سهم بازار را به خود اختصاص دادهاند. خلوص بالای کریستال های سیلیکون مورد نیاز و همچنین دمای بالا هنگام ساخت و مقادیر زیاد ماده مورد نیاز جهت ساخت این سلولها پارامترهای تعیین کننده در تخمین هزینهی این سلولها هستند. بازده این سلولها به شدت به زاویهی تابش نور فرودی وابسته است بنابراین در تولیدات تجاری علاوه بر بازده، هزینه نصب و نگهداری پنلها هم مهم است و همهی عوامل باید با هم بهینه شوند. هم اکنون شرکتهای تجاری در راستای کاهش هزینه تمام شده به کمتر از 1 دلار به ازای هر وات و تولید پنلهای سبکتر و انعطافپذیرتر حرکت می کنند.
نسل دوم: به علت هزینهی ساخت بالا، ویفرهای سیلیکونی به سرعت با سلولهای نسل دوم جایگزین شدند. این سلولها بر اساس تکنولوژی فیلمهای لایه نازک میباشند که بر پایهی سیلیکون آمورف، کادمیوم تلوراید (CdTe) ،مس ایندیم سلنید(CIS) و مس ایندیم گالیم سلنید(CIGS) ساخته میشوند که معمولاً بین یک زیر لایهی شفاف رسانا و الکترود کاتد پوشش داده میشوند. این سلولها % 15 بازار تجاری را شامل میشود.

1-1- مقدمه.. ………………………………………………………………………….3
1-2- سلول های خورشیدی رنگدانه ای و ساختار کلی آن ها ………………….5
1-2-1-فتوآند………………………………………………………………………….. 6
1-2-2-الکترولیت اکسایشی – کاهشی………………………………………….. 7
1-2-3-الکترود کاتد…………………………………………………………………… 8
1-2-4-مکانیسم انتقال بار در سلولهای حساس شده با رنگدانه……………… 8
1-2-5- فرآیند های تزریق، انتقال و بازترکیب در سلولهای رنگدانهای………….. 9
1-3- نتیجهگیری………………………………………………………………………. 10

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل 2- سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی و مروری بر پیشینه تحقیقات

همانطور که در فصل قبل اشاره شد حد ترمودینامیکی برای بازدهی تبدیل نور برای سلولهای تک پیوندی مانند سلولهای خورشیدی لایه نازک و ویفرهای سیلیکونی، تحت تابش خورشید برابر 9/32% میباشد. تلاشها برای غلبه بر این بازدهی منجر به وارد شدن نسل سوم از سلولهای خورشیدی یعنی سلولهای فوتوالکتروشیمیایی (PESC) شد، که این سلولها شامل DSSCs و QDSSCs میباشند که هر دو دسته بازدهی بالا و کاهش هزینه ساخت را دنبال میکنند. در QDSSCs نقاط کوانتومی به عنوان حساسکننده و جاذب نور جایگزین رنگدانه میشوند. نقاط کوانتومی به عنوان حساس کنندهها با توجه به خواص منحصر به فردشان از جمله ضریب جذب قابل توجهشان ، قابلیت تنظیم طیف جذب به وسیلهی محدودیت کوانتومی اندازه، امکان تزریق الکترون داغ و تولید چندین جفت الکترون-حفره (MEG) دریچهای از فرصتها را در این زمینه باز کردهاند. در این فصل ابتدا به بیان مفهوم نقاط کوانتومی و سپس معرفی سلولهای خورشیدی حساسشده با نقاط کوانتومی و عوامل کاهش بازدهی سلولهای تک پیوندی و نحوهی رویکردهای متفاوت ویژگی های نقاط کوانتومی در طراحی و ساخت این سلولها به منظور رسیدن به بازدهی بالاتر می پردازیم.
2-2- مفهوم نقاط کوانتومی
نقاط کوانتومی نانوبلورهای نیمرسانا صفربعدی هستند که قطر فیزیکی آنها کمتر از شعاع بوهراکسایتون است. به این دسته از مواد که اندازه ای کمتر از 100 نانومتر دارند و دارای خواص الکترونی متفاوت از حالت تودهای هستند، نانومواد می گویند . اگر در این مواد تنها در یک بعد به مقیاس نانوکاهش یابد در حالیکه دو بعد دیگرهمچنان بزرگ باقی بماند، به ساختاری میرسیم که به چاه کوانتومی معروف است . اگر دو بعد به مقیاس نانو کاهش یابد و بعد دیگر همچنان بزرگ باقی بماند، ساختار حاصل سیم کوانتومی است . درانتهای فرآیند کوچک کردن اندازه که هر سه بعد به مقیاس زیر نانومتر می رسد، نقطهی کوانتومی حاصل میشود و به عبارت دیگر میتوان نقاط کوانتومی را نانوساختارهای صفربعدی نامید. در نیمههادیهای تودهای سطوح انرژی نوار رسانش و نوار ظرفیت پیوسته است و الکترونها وحفرهها در این نوارهای انرژی حرکت میکنند.
تنظیم گاف انرژی در نقاط کوانتومی
در سلولهای پشت سر هم (متوالی) از ویژگی قابل تنظیم بودن گاف انرژی نقاط کوانتومی با اندازهی این ذرات استفاده میشود و در نتیجه میتوان با وجود چندین گاف انرژی در سلول طیف وسیعتری از نور خورشید را در این سلولها جذب کرد.
طیف خورشیدی شامل فوتونهایی با انرژی ev 5/0 تا ev 5/3 است.فوتونهای با انرژی کمتر از گاف انرژی نیمه رسانا جذب نمیشوند در حالیکه فوتونهای با انرژی بیش تر از گاف انرژی نیمهرسانا حاملهای داغ را تولید میکنند که انرژی جنبشی اضافی آن برابر است با Ehʋ-Eg (اختلاف انرژی بین انرژی فوتونهای جذب شده و گاف انرژی نیمهرسانا). مهمترین عاملی که بازده تبدیل را در سلولهای تک گاف انرژی به حد شاکلی-کوئیزر (9/32 %) محدود میکند [21] این است که انرژی فوتونهای پرانرژی به واسطه پراکندگی حامل بار-فونون و در کنار آن گسیل فونون وقتی حامل به لبه نوار مورد نظر خود واهلش میکند، به صورت گرما تلف می شود. یکی از روش ها برای کم کردن چنین اتلاف بازدهی، استفاده از نقاط کوانتومی مختلف که به صورت سلولهای مجزا کنارهم قرار گرفتهاند و گاف انرژیها آنها با طیف خورشید تطابق دارد، میباشد. فوتونهای با انرژی بالا در نقاط کوانتومی با گاف انرژی بزرگتر و فوتونهای با انرژی کمتر در نقاط کوانتومی با گاف انرژی کوچکتر جذب میشوند [ ]. این نیمهرساناها را به صورت آبشاری کنار هم قرار میدهند یعنی از گاف انرژی بزرگ به سمت گاف انرژی پایینتر در واقع با تغییر اندازه نقاط کوانتومی گاف آنها قابل تغییر است بنابراین طیف جذب شده قابل تنظیم میشود. یک روش دیگر برای تنظیم گاف انرژی نقاط کوانتومی، طراحی آلیاژهای سه تایی چون CdSexS1-x و CdSexTe1-xمیباشد [ – ] . با تغییر نسبت Se به S یا Se به Te میتوان موقعیت نوارهای انرژی را دستکاری کرد .شکل ‏2 2 یک سلول خورشیدی پشت سرهم بر پایه نقاط کوانتومی CdSexS1-x را نشان میدهد که با تغییر نسبت Se به S و تنظیم گاف انرژی حالت آبشاری در نوارهای انرژی ایجاد شده است.

تصویر ساختار CdSexS1-x در سلولهای پشت سرهم. (B): نمودار گاف انرژی که نشان میدهد، گافهای انرژی برای بهبود بخشیدن در انتقال بار  به صورت آبشاری کنارهم قرار گرفتند. (C): طیف جذب ساختارهایی با نسبتهای متفاوت Se/S و تأثیر این نسبتها بر روی گاف انرژی نقاط کوانتومی

تصویر ساختار CdSexS1-x در سلولهای پشت سرهم. (B): نمودار گاف انرژی که نشان میدهد، گافهای انرژی برای بهبود بخشیدن در انتقال بار به صورت آبشاری کنارهم قرار گرفتند. (C): طیف جذب ساختارهایی با نسبتهای متفاوت Se/S و تأثیر این نسبتها بر روی گاف انرژی نقاط کوانتومی

2-1- مقدمه………………………………………………………………………….. 12
2-2- مفهوم نقاط کوانتومی…………………………………………………………. 12
2-3- عوامل کاهش بازده در سلولهی خورشیدی تک پیوند ……………………..13
2-4- رویکردهای متفاوت با بهره گرفتن از ویژگیهای نقاط کوانتومی در طراحیQDSSCs ا…………………………………………………………………………………………13
2-4-1-تنظیم گاف انرژی در نقاط کوانتومی……………………………………….. 14
2-4-2-اثر حاملهای داغ………………………………………………………………. 15
2-4-3-تولید چندین جفت الکترون-حفره (اکسایتون)……………………………… 17
2-4-4-سلولهای خورشیدی با نوار میانی………………………………………….. 18
2-5- سلولهای خورشیدی بر پایهی نقاط کوانتومی (QDSSCs)ا………………… 19
2-5-1-ساختار و اصول عملکرد سلول های خورشیدی بر پایهی نقاط کوانتومی. 20
2-5-2-اجزای مختلف سلول خورشیدی بر پایه نقاط کوانتومی…………………… 21
2-5-2-1-الکترود آند……………………………………………………………………. 21
2-5-2-2-نقاط کوانتومی به عنوان حساس کننده و جاذب نور…………………….. 22
2-5-2-3-الکترولیت اکسایشی کاهشی پلی سولفید……………………………. 24
2-5-2-4-الکترود مقابل……………………………………………………………….. 25
2-5-3-برهمکنشهای انتقال و عبور الکترون-حفره در سلول های خورشیدی بر پایه نقاط کوانتومی………………………………………………………………………………… 26
2-6- مقایسهی سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگدانه و نقاط کوانتومی.. 28
2-6-1-تفاوتهای ساختاری و زمان انتقال بار در DSSCs و SSSCs ا………………….29
2-7- مروری بر نقاط کوانتومی به کار برده شده در QDSSCs به عنوان حساس کننده………………………………………………………………………………………. 34
2-8- مروری بر کاتدهای به کار برده شده در QDSSCs ا………………………………37
2-9- نتیجهگیری…………………………………………………………………………… 38

فصل 3- ساخت و روش های مشخصه یابی سلول های حساس شده با نقاط کوانتومی

در این فصل ابتدا مواد و تجهیزات استفاده شده در طول مراحل مختلف ساخت و مشخصهیابی فهرست شدهاند و در ادامه به تشریح مراحل ساخت سلول ها و حساس سازی آن ها با نانوکریستال های نیمه هادی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید پرداخته شده است و لایه نشانی این لایه ها به روش سیلار و حمام شیمیایی انجام شده اند و سپس نحوه بستن سلول ها و آماده سازی آن ها برای انجام آنالیزهای فتوولتائیک به تفضیل شرح داده شده است. در آخرفصل روش های مشخصه یابی مورد استفاده جهت تحلیل سلول ها معرفی می شود.
در این تحقیق جهت بهینه کردن فاکتور کارکرد (FF) ، در سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی به بررسی کاتدهای موجود و بهینه کردن آن ها می پردازیم و به دنبال معرفی یک کاتد مؤثر برای این سلول ها هستیم.
3-3- ساختارکلی سلول های حساس شده با نقاط کوانتومی
سلولهای خورشیدی که در این تحقیق ساخته شده و مورد بررسی قرار می گیرند از سه قسمت : فوتوآند ، الکترولیت و کاتد تشکیل شده اند. فوتو آند شامل نانوذرات تیتانیوم اکسید است که روی زیر لایهی اکسید قلع آلاییده شده با فلوئور (FTO) لایهنشانی شده و سپس به ترتیب با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید (CdS) و کادمیوم سلنید (CdSe) حساس شده است. الکترود کاتد موضوع مورد بررسی در اینجا می باشد که علاوه بر بررسی کاتدهای مس سولفید(CuS) و سرب سولفید(PbS) که در دیگر تحقیقات نیز به آن پرداخته شده است؛[ – ] به ترکیب این نانوساختارها با یکدیگر و معرفی نانو کامپوزیتهای آن ها به عنوان یک کاتد جدید برای سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی می پردازیم. شمای کلی این سلولها در شکل 3-1 آمده است. در ادامه قسمتهای مختلف به تفصیل شرح داده می شود.

ابتدا چسب اسکاچ با ضخامت 50 میکرون را مطابق شکل 3-2 بر روی لایههای FTO می چسبانیم. مقداری از خمیر TiO2 (PST-20T) حاوی نانوذرات 20-25 نانومتری را با میلهی شیشهای بالای هر لایه می گذاریم و بوسیله ی پیپت پاستور با فشار یکنواخت دست و بدون چرخش پیپت آن را بر روی FTO پوشش می دهی که این روش لایهنشانی، به روش دکتر بلید معروف است. این خمیر برای تهیه لایه شفاف TiO2 با بلورینگی بالا و قدرت جذب رنگ زیاد به کار می رود. این لایه شامل نانوذرات TiO2 در فاز کریستالی آناتاز با اندازهی 20-25 نانومتر است که سطح زیادی برای جذب نقاط کوانتومی فراهم می کند. لایه ایجاد شده توسط روش دکتر بلید پس از عملیات حرارتی کاملا شفاف بوده و اجازه ی عبور نور را می

شمای کلی سلول خورشیدی بر پایه نانو ذزات تیتانیوم اکسید حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید

شمای کلی سلول خورشیدی بر پایه نانو ذزات تیتانیوم اکسید حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………… 41
3-2- مواد و تجهیزات مورد نیاز …………………………………………………………41
3-2-1-مواد اولیه………………………………………………………………………… 41
3-2-2-تجهیزات مورد استفاده در فرایند ساخت…………………………………….. 42
3-3- ساختارکلی سلول های حساس شده با نقاط کوانتومی……………………. 43
3-3-1-آماده سازی فوتوآند……………………………………………………………. 44
3-3-1-1- شستشوی زیرلایه………………………………………………………….. 44
3-3-1-2-لایه نشانی خمیر نانوذرهای TiO2 به روش دکتر بلید……………………. 45
3-3-1-3-پخت حرارتی در کوره…………………………………………………………… 47
3-3-1-4-حساسسازی فوتوآند با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید به روش سیلار (SILAR) ا………………………………………………………………………………………………47
3-3-1-5-ساخت نقاط کوانتومی CdSe و حساسسازی آند به روش حمام شیمیایی(CBD) ا…………………………………………………………………………………………….49
3-3-2-آمادهسازی الکترود کاتد……………………………………………………….. 52
3-3-2-1-ساخت کاتد نوع اول از جنسCuS ا…………………………………………..53
3-3-2-2-ساخت کاتد نوع دوم از جنس PbSا………………………………………… 53
3-3-2-3-ساخت کاتد نوع سوم از جنس مس سولفید/ سرب سولفید و سرب سولفید/مس سولفید…………………………………………………………………………………… 54
3-3-2-4-ساخت کاتد با لایه نشانی پی در پی CuS/PbS… به روش سیلار……… 54
3-3-3-ساخت الکترولیت پلی سولفید برای سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی………………………………………………………………………………….. 55
3-3-4- بستن سلول های QDSSCsا…………………………………………………… 55
3-4- روش های مشخصه یابی فوتوولتایی سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی 57
3-4-1-اندازه گیری منحنی های ولتاژ – جریان………………………………………… 57
3-4-1-1-اندازه گیری منحنی های ولتاژ-جریان در روشنایی…………………………. 57
3-4-1-2-اندازه گیری بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی و فاکتور کارکرد سلول…………………………………………………………………………………………. 57
3-4-1-3-اندازه گیری منحنی های ولتاژ-جریان در تاریکی……………………………… 58
3-4-2-اندازه گیری افت ولتاژ سلول با زمان……………………………………………….. 58
3-4-3-طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)ا………………………………….. 60

فصل 4- تحلیل و نتایج مشخصه یابی سلول های ساخته شده

در این فصل ابتدا مشخصه یابی نانوذرات تیتانیوم اکسید خالص وآلاییده شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید/ کادمیوم سلنید/ روی سولفید به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف سنجی مرئی-فرابنفش صورت گرفته است. به علاوه مورفولوژی کاتدهای مس سولفید و سرب سولفید و نانوکامپوزیت آن ها نیز توسط SEM تعیین شده اند. سلول های ساخته شده توسط این کاتد های مختلف تحت تابش 1.5 AM با شدت mW/Cm2 100 قرار گرفته اند و مشخصه های فوتوولتایی آن ها به دست آمده است . در ادامه به بهینه کردن این کاتدها و همچنین بررسی تأثیر گرافن در خواص کاتالیستی کاتدها و بهینه کردن عملکرد سلول پرداخته شده است. در پایان فصل به اندازهگیری طیف امپدانس الکتروشیمیایی جهت بدست آوردن پارامترهای فیزیکی انتقال الکترون در فصل مشترک کاتد و الکترولیت پرداخته شده است.
4-2- آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نانو ذرات تیتانیوم اکسید
در شکل 4-1 تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونی از لایهی تیتانیوم اکسید شفاف که به روش دکتر بلید بر روی FTO نشانده شده است آمده است. از روی تصویر تشکیل لایهای متخلخل از نانوذرات تیتانیوم اکسید را میتوان مشاهده کرد و اندازهی ذرات را حدود 20 نانومتر میتوان تقریب زد. درشکل ‏4 2 تصویر SEM نانوذرات TiO2 شفاف که با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید / کادمیوم سلناید / روی سولفید حساس شدهاند را نشان میدهد. در تصویر SEM بعدی (شکل ‏4 3) کل الکترود آند استفاده شده در این تحقیق مشاهده میشود که تشکیل شده از نانوذرات حدودآً 20 نانومتری TiO2 و یک لایهی دیگر از نانوذرات TiO2 با ابعاد 250-400 که موجب پراکندگی بیشتر نور در داخل ساختار میشود. با وجود این که ذرات بزرگتر سطح مؤثر کمتری دارند با افزایش مسیر نور در ساختار موجب جذب بیشتر نور توسط نقاط کوانتومی میشود.

4-1-مقدمه…………………………………………………………………………………. 64
4-2- آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نانو ذرات تیتانیوم اکسید…………. 64
4-3-طیف جذب و عبور آند ها……………………………………………………………… 67
4-4- مشخصه یابی کاتد ها به روش SEM ا………………………………………………68
4-5- مشخصات فوتوولتایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتدهای مختلف………. 71
4-6- بررسی اثر افزایش تعداد سیکل های سیلار در ساخت کاتد های نانو کامپوزیتی 76
4-7-آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی ………………………………………………………….79
4-7- بررسی گرافن به عنوان کاتد در QDSSCsا…………………………………………… 81
4-7-1-ساخت کاتد با پوشش گرافن و کامپوزیت آن با سرب سولفید………………….. 81
4-7-2-بررسی مشخصه های فوتوولتایی سلول ها با کاتد گرافن / سرب سولفید….. 82
4-7-3-ساختار ترکیبی گرافن با دیگر ساختار های نانو کامپوزیتی به عنوان کاتد ………83
4-8-مقایسه ی کاتد های نانوکامپوزیتی با کاتد های ترکیبی باگرافن…………………… 87

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل 5- نتیجهگیری و پیشنهادات

در این تحقیق، سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید/کادمیوم سلنید بر پایهی کاتدهای مختلف سنتز شد. با بررسی تحقیقات پیشین از آن جایی که در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی معمولاً فاکتور کارکرد (FF) پایین است، در این پژوهش به دنبال افزایش این فاکتور هستیم و چون فاکتور کارکرد تا حد زیادی متأثر از مقاومت درونی سلول است و با توجه به آنالیزهای امپدانس الکتروشیمیایی کاتد نقش به سزایی در این مقاومت دارد به بررسی کاتدهای مختلف میپردازیم. در ابتدا این سلولها با کاتد مس سولفید به روش لایهنشانی سیلار ساخته شد و سپس کاتد سرب سولفید نیز مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به تغییرات قابل توجهی که در فاکتور کارکرد سلولها با تغییر کاتد دیده شد، به ترکیب این دو کاتد با یکدیگر پرداختیم و به صورت پی در پی لایه مس سولفید و سرب سولفید روی کاتدها به روش سیلار لایهنشانی شد و بازدهی سلول به 58/3 % و فاکتور کارکرد به 53 % رسید که در مقایسه با سلولها با کاتد مس سولفید و سرب سولفید بازدهی بیش از 3 برابر شد و فاکتور کاکرد نیز به صورت قابل توجهی افزایش یافت ( در مقایسه با فاکتور کارکرد در مس سولفید 26% و در سرب سولفید 24% ). بدین ترتیب لایهنشانی متوالی و یک در میان این لایهها به روش سیلار به عنوان روشی نوین برای ساخت کاتدی مؤثر معرفی شد و در ادامه با افزایش تعداد این سیکلهای پی در پی، تعداد آن ها بهینه شد و معلوم شد کاتدهایی با 8 سیکل سیلار پی در پی مس سولفید/سرب سولفید بازدهی 61/3 % داشتند. برای محاسبهی پارامترهای فوتوولتایی سلولها از طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی استفاده شد و نیز سلولها تحت نور AM 1.5 قرار گرفته و منحنی چگالی جریان- ولتاژ آنها به دست آید.
5-1- جمع بندی و نتیجهگیری…………………………………………………………. 93
5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………. 94
مقالات ارائه شده……………………………………………………………………….. 95
فهرست مراجع…………………………………………………………………………… 96



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان