موفقیت محققان کشور در افزایش بازده سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای !

[∆ MeRzaD ∆]

پژوهشگران ‏دانشگاه تهران با جایگزین کردن نانوساختارهای اکسید روی به جای نانوذرات اکسید روی موفق به افزایش بازده سلول‌های خورشیدی ‏رنگدانه‌ای شدند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، فاطمه دهقان نیری، دانشجوی دکتری مهندسی برق-نانوالکترونیک دانشگاه تهران و محقق این طرح اظهار کرد: برای ساخت سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای به طور معمول از نانوذرات اکسید تیتانیم استفاده می‌شود به دلیل اینکه گاف ‏انرژی این ماده ‏ev‏ 3.3 است و بسیار مناسب برای ساخت سلول خورشیدی رنگدانه‌ای است. زمانی که مولکول رنگ برانگیخته ‏می‌شود، یک الکترون ایجاد می‌کند که این الکترون به داخل شبکه‌ای از نانوذرات ‏TiO2‎‏ تزریق می‌شود. این الکترون در کل این ‏لایه ‏TiO2‎‏ با پریدن از یک ذره به ذره دیگر باید خود را به الکترود که همان لایه شفاف و رسانای اکسید قلع آلاینده شده با قلع ‏یا ایندیم است، برساند و در آن جمع شود و جریان ایجاد کند و لیکن به دلیل حرکت الکترون در بین نانوذرات ممکن است ‏در بین مسیر بازترکیب شود که این بازترکیب می‌تواند با خود رنگ، الکترولیت یا ‏TiO2‎‏ صورت بگیرد.

وی افزود: زمانی که شبکه‌ای از ‏نانوذرات وجود دارد، احتمال باز ترکیب الکترون بسیار زیاد است به همین دلیل برای اینکه افت بازده سلول‌های خورشیدی ‏رنگدانه‌ای کمترشود، از نانوسیم‌ها به عنوان جایگزین مناسب برای نانوذرات استفاده شده است. در این نوع سلول‌های خورشیدی ‏امکان بازترکیب به دلیل حرکت الکترون از شبکه نانوذرات وجود ندارد، زیرا الکترون‌های ایجاد شده در یک مسیر مستقیم از نقطه‏‌ای که تزریق می‌شود به الکترود می‌رسد.

دهقان نیری تصریح کرد: درک از انتقال الکترون و مکانیزم بازترکیب در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای برپایه ‏نانوسیم‌ها یکی از مراحل کلیدی در بهبود بازده سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای است. در این بین اکسید روی به علت برخورداری ‏از ویژگی‌هایی مانند انرژی بستگی اکسایتونی بزرگ (‏ev‏60‏‎~‎‏) و گاف انرژی مشابه با ‏TiO2‎، فراوانی ذخایر و سادگی فناوری رشد ‏که هزینه تولید قطعات ساخته شده از آن را کاهش می‌دهد، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.‏

دانشجوی دکتری مهندسی برق-نانوالکترونیک دانشگاه تهران گفت: در این پژوهش به ساخت، طراحی و مشخصه‌یابی سلول‌های خورشیدی بر پایه نانوساختار‌های اکسید روی حساس شده با ‏رنگدانه پرداخته شده است. این سلول‌های خورشیدی از یک آند و کاتد تشکیل شده‌اند که در این تحقیق ساختار آند آنها مورد ‏بررسی قرار گرفته و شرایط بهینه تعیین شده است. این نانوساختار‌ها می‌توانند جایگزین خوبی برای نانوذرات باشند.‏

دهقان نیری در مورد نحوه رشد دادن نانوسیم در این ‏تحقیقات اظهار کرد: رشد نانوسیم‌های اکسید روی با استفاده از روش رسوب حمام شیمیایی انجام شده که روشی آسان، کم هزینه و قابل تکرار ‏و انجام در مقیاس بزرگ بوده است. مکانیزم رشد نانوسیم‌های اکسید روی عمودی روی لایه‌های جوانه زنی متفاوت با ضخامت ‏یکسان در تصویر نشان داده شده است. ما می‌دانیم که ویژگی‌ها و ضخامت لایه جوانه زنی، بر رشد نانوسیم‌های اکسید روی ‏اثر می‌گذارد. لایه‌های جوانه زنی ‏ZnO‏ با مشخصات کریستالی ضعیف، نانوسیم‌هایی عمودی و لیکن با همترازی کمتری ایجاد ‏می‌کند.

وی افزود: استفاده از نانو ساختارهای اکسید روی به جای نانوذرات اکسید روی در ساخت سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای به دلیل ‏داشتن تحرک بالاتر، باعث افزایش بازده در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای بر پایه این نانو ساختارها می‌شود. برای ساخت ‏سلول خورشیدی از دو لایه جوانه زنی مختلف ‏ZnO‏ و ‏AZO‏ بهره گرفته شد.

دهقان نیری در مورد نتایج مقایسه‌ای این دو ‏اظهار کرد: چگالی الکترون، ‏ns‏ سلول‌های ساخته شده بر لایه جوانه زنی ‏AZO‏ چهار برابر بزرگتر از سلول‌های خورشیدی ساخته ‏شده بر ‏ZnO‏ است. ثابت نرخ باز ترکیب سلول‌های ساخته شده بر پایه ‏AZO‏ کوچکتر از ‏ZnO‏ است. ضریب دیفیوژن سلول‌های ‏بر پایه ‏AZO‏، پنج برابر بزرگتر از سلول‌های ساخته شده بر پایه ‏ZnO‏ است که این تأییدی بر نرخ بالاتر تزریق الکترون از رنگدانه ‏جذب شده به فتوآند سلول است.

دهقان در ادامه افزود: پتانسیل شیمیایی سلول‌های ساخته شده با ‏ZnO‏ بسیار کوچکتر از ‏AZO‏ است. کاهش پتانسیل ‏شیمیایی در سلول‌های ساخته شده بر روی لایه جوانه‌زنی ‏ZnO‏ بیانگر جابه‌جا شدن نوار هدایت به سمت بالا در این ساختارها ‏است. از طرفی ولتاژ مدار باز در سلول‌های ‏ZnO‏ بیشتر از سلول‌های ‏AZO‏ است که این تأییدی بر جابه‌جایی نوار هدایت در این ‏ساختارها است. ساختار ‏AZO‏ به دلیل آلایش ‏ZnO‏ با آلومینیوم هدایت الکتریکی بیشتری نسبت به ‏ZnO‏ دارد. با توجه به اختلاف ‏مورفولوژی و خواص الکتریکی در این لایه‌های جوانه‌زنی، خازن‌ها و مقاومت‌هایی که در فصل مشترک بین الکترود و لایه جوانه‏‌زنی ایجاد می‌شود، متفاوت است که تفاوت‌ها و مقادیر آنها را با استفاده از آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی به‌ دست آوردیم و در ‏مورد نتایج بحث کردیم. در نتیجه لایه جوانه زنی تأثیر زیادی بر روی انتقال و یا باز ترکیب الکترون در سلول خورشیدی دارد. ‏

وی خاطرنشان کرد: با توجه به نتایج به‌ دست آمده زمان انتقال الکترون مربوط به نانوسیم‌های اکسید روی که بر روی لایه جوانه زنی ‏AZO‏ رشد ‏کرده‌اند یک مرتبه بزرگتر از لایه جوانه زنی ‏ZnO‏ است و لیکن زمان بازترکیب الکترون کمتر از 1.5 برابر افزایش داشته ‏است. عدم تغییر زمان بازترکیب الکترون با لایه‌های جوانه زنی مختلف نشاندهنده آن است که نوع لایه جوانه زنی بر روی توزیع ‏تله‌های بر روی نانوسیم‌های اکسید روی تأثیر زیادی ندارد.

نتایج این کار تحقیقاتی که توسط فاطمه دهقان نیری، دانشجوی دکتری مهندسی برق-نانوالکترونیک دانشگاه ‏تهران و دکتر ابراهیم اصل سلیمانی، عضو هیات علمی دانشگاه تهران صورت گرفته، در مجله ‏Renewable ‎Energy‏ منتشر شده است.







[size=medium]دیدن لینک ها برای شما امکان پذیر نیست. لطفا ثبت نام کنید یا وارد حساب خود شوید تا بتوانید لینک ها را ببینید.

مکانیزم رشد نانوسیم‌های اکسید روی عمودی روی لایه‌های جوانه زنی متفاوت با ضخامت ‏یکسان