بخشی از مقاله
چکیده
چهار نمونه سلول خورشیدی با نانو کاپوزیت سل TiO2 و درصد های صفر، % 2 ،% 7 و % 10 وزنی ازسل حاوی جوهر گرافن ساخته شدند.مشخصات فیزیکی نمونه های ساخته شده در شرایط استاندارد STC اندازه گیری شدند. افزایش قابل ملاحضهای در بازدهی و طول عمر نمونه با گرافن % 2 مشاهده شد ولی افزایش گرافن در نمونه های با گرافن % 7 و % 10 منجر به کاهش بازدهی و طول عمر سلول خورشیدی شد. دلایل تغییر رفتار سلول های خورشیدی نیز بررسی شده است.
مقدمه
در سال های اخیر تلاش های بسیاری برای توسعه ی سلولهای خورشیدی نسل سوم شده است که یکی از روشهای امیدوارکننده استفاده از نقاط کوانتومی نیمه هادی به عنوان جذب کنندهی نور است .[1] سلولهای خورشیدی برپایه نقطه کوانتومی - - QDSSC نظیرکادمیوم سولفید - - CdS، کادمیوم سلنید - - CdSe، سرب سولفید - - PbS و...
به دلیل داشتن مزیتهایی همچون سازگاری با طیف خورشیدی به دلیل انعطاف پذیری اندازه آنها، شارژسریع با توجه به تله اندازی کوانتومی آنها ، توانایی تولید چند الکترون-حفره با تک فوتون[3,4] و همچنین هزینهی پایین تهیه آنها مورد توجه قرار گرفتهاند. اگرچه مزایای فوق برای افزایش بهرهوری آنها بسیار امیدوارکننده است - در حدود - %5 اما باید اذعان داشت در مقایسه با سلولهای خورشیدی رنگدانهای - در حدود - %10 بسیار کمتر است
در دو دهه گذشته تلاشهایی به منظور بهبود عملکرد و بازدهی سلولهای خورشیدی معمولا بر اساس دستکاری بر روی قسمتهای اصلی سلولهای خورشیدی شده است .[6] از روش های بهبود عملکرد QDSSC می توان به تغییر نوع کوانتوم دات سنتز شده و اندازه ی آن ، نوع و سطح تماس الکترود کار، تغییر نوع الکترولیت و اثر معکوس الکترودهای مختلف اشاره کرد که ما دراین کار از روش دوم استفاده کرده ایم. معمولا فیلم نانوکامپوزیت TiO2 و ماده ی رسانای خوب همچون مواد کربنی برای افزایش جریان انتقال الکترون در داخل فیلم، که به طور مستقیم بازدهی سلولهای خورشیدی را تحت تاثیر قرار می دهد، مورد استفاده قرار می گیرد.[8] گرافن دارای مزیتهایی همچون هدایت خوب، تحرک الکترونی بالا، ثبات شیمیایی بالا، نسبت سطح به حجم بزرگ و شفافیت نوری خوب [9,10,11,12] به طور گسترده به عنوان یک ماده تقویت کننده و انتقال دهنده خوب الکترون در دستگاههای فوتولتاییک به کار می رود.
بعنوان مثال به عنوان الکترودهای شفاف در سلولهای خورشیدی رنگدانه، بعنوان پذیرنده برای سلولهای خورشیدی بر پایه نقطه کوانتومی و به عنوان الکترود شفاف یا پذیرنده در سلول-های خورشیدی آلی به کار رفته است.[14] در سلولهای خورشیدی بر پایه مواد آلی اضافه کردن گرافن در نانو ذرات TiO2 که یک بهبود قابل توجهی در بازدهی نشان داده است ولی برای سلولهای خورشیدی بر پایه کوانتوم دات هنوز نتایج مشخصی وجود ندارد. افزودن مقدار معینی از گرافن در TiO2 می تواند منجر به کاهش بازترکیبی الکترون با حفره شود.[15] برای توصیف بازترکیبی در یک سلول خورشیدی از یک ثابت زمانی مشخص به نام طول عمر استفاده می شود.[16] در این مقاله گزارشی از بررسی اثر میزان متفاوتی از ترکیب گرافن با TiO2 بر روی طول عمر الکترون و بازدهی در سلولهای خورشیدی CdSe با الکترولیت پلی سولفید ارائه می شود.
آماده سازی نمونهها و کارهای آزمایشگاهی
برای ساخت الکترود کار، ابتدا شیشههای رسانای 1FTO با ابعاد2cm×2cm برش داده و به مدت 15 دقیقه در دستگاه فراصوت شستشو داده شدند؛ سپس سل TiO2 با استفاده از دستگاه spin coating روی شیشهها لایه نشانی شد؛ برای نمونه های بعدی از نانوکامپوزیت سل TiO2 و درصدهای - G2 - %2 ، - %7 - ، - %10 - وزنی جوهر گرافن استفاده شد و بعد از قرار دادن در کوره به مدت 15 دقیقه در دماهای100،200،300،400 درجه سانتی گراد، خمیر TiO2 با روش دکتر بلید لایه نشانی شده و دوباره در دماهای ذکر شده در داخل کوره قرار گرفتند. برای ساخت نقطه کوانتومی، ابتدا محلول سدیم سلنوسولفات Na2SeSO3 ، 0,1 مولار تهیه کرده
محلول آبی 100 میلی لیتر از سدیم سولفیت - 1 - Na2SO3مولار آماده شده در یک 250 flask میلی لیتری ریخته سپس 0,1 محلول از پودر سلنیوم به ان اضافه شده و سپس محلول در flask برای هم زدن در دمای 70 5 درجه سانتی گراد و به مدت 3 ساعت قرار داده میشود تا محلول به رنگ زرد در بیاید سپس محلول از صافی رد میشود تا گوگرد از آن جدا شود و بعد در دمای درجه سانتی گراد در تاریکی نگه داری میشود.
برای ساخت الکترود پلاتین، خمیر پلاتین با استفاده از روش دکتر بلید لایهنشانی شده و با همان دماهای ذکر شده برای الکترود کار، در داخل کوره قرار داده شد.
مناسب ترین الکترولیت مورد استفاده در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی، الکترولیت پلی سولفید می باشد. این الکترولیت شامل0,5 مولار سدیم سولفید - - Na2S ، 2 مولار
گوگرد - - S ،0,2 مولار پتاسیم کلرید - - KCl ، اتانول و آب می باشد. اتانول و آب با نسبت 7 به 3 باهم ترکیب شدند و مواد توزین شده به آرامی در محلول که بر روی stirrer قرار دارد، ریخته می-شود تا کاملا حل شود و به حجم 100 میلی لیتر رسانده میشود.
شکل :2 نمودار I-V مربوط به تمامی نمونهها
شکل 1 :نمونه ای از نقطه کوانتومی ایجاد شده
محاسبات و نتیجهگیری
شکل 2 منحنی I-V سلول های خورشیدی بر پایه نقطه کوانتومی نمونههای 4-1 که در شرایط استاندارد - STC C
، 1000W، - 1.5 respectively اندازه گیری شده اند را نشان می دهد. ولتاژ مدار باز ، جریان اتصال کوتاه ، فیل فاکتور FF، بازدهی و طول عمر از همه ی سلولها - نمونه-ها - در جدول 1 گنجانده شده است.
همچنین شرایط استاندارد - STC C ، 1000W، - 1.5 respectively برای به دست آوردن مورد استفاده قرار گرفت. FF اساسا کیفیت سلولهای خورشیدی را نشان می دهد که از رابطهی زیر به دست می آید:
که در آن و به ترتیب چگالی جریان و ولتاژ خارجی ماکزیمم هستند. بازدهی سلول از رابطه به دست آمد که در آن شدت نور تابشی است و همچنین طول عمر الکترون n kBT - dv oc - 1 به دست می آید که در آن ثابت q dt
جدول :1 نتایج ولتاژ مدارباز - - voc ، چگالی جریانکوتاه - - JSC، فاکتور پراکندگی - - FF، بازده - - η، طول عمر الکترون - - τ
