بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نانومیله هاي عمودي دي اکسید تیتانیوم روي زیرلایه رساناي شفافFTO به وسیله روش هایدروترمال رشدداده شده اند. سپس نانومیله ها با انجام یک فرآیند هایدروترمال دیگر با پارامترهاي رشد مختلف شاخه دار شده اند. نتایج ,SEM تشکیل شکل هاي واگراي نانو میله هاي TiO2 تشکیل شده در بالاي زیر لایه نانومیله هاي عمودي را نشان داده است. ضخامت جدید در مکان نانومیله هاي واگرا حدود 4/5میکرومتر اندازه گیري شده است. این در حالی است که ضخامت لایه نانومیله هاي TiO2 عمودي 2/5 میکرومتر است. این لایه ها بعد از حساس سازي با رنگN719 به عنوان فوتوآند در سلول هاي خورشیدي رنگدانه اي استفاده می شوند. نتایج نشان می دهد که بازده تبدیل انرژي سلول با فوتوآند نانومیله هاي شاخه دار شده نسبت به حالت بدون شاخه حدود %8 بزرگتر است.
مقدمه
سلول هاي خورشیدي حساس شده به رنگ1 یکی از انواع سلول هاي خورشیدي نانوساختاري هستند که به دلیل بازدهی بالا، سهولت ساخت، سازگاري با محیط زیست و کم هزینه بودن مورد توجه قرار گرفته اند. در قلب این سلول هاي خورشیدي فوتوآند نقش محوري را در عملکرد دستگاه بازي می کند .[1] از میان نانوساختارهایی که براي بهبود فوتوآند مورد بررسی قرار گرفته اند نانو ساختارهاي تک بعدي از اهمیت ویژه اي برخوردار هستند .
[2] در فوتوآندهاي نانوذره اي انتقال الکترون ، پراکندگی و به دام هم می خورد. سپس زیر لایه هاي FTO درون اتوکلاو قرار انداختن الکترون در مرز دانه ها اجتناب ناپذیر است بنابراین داده شده به طوري که سمت رساناي آن ها رو به بالا باشد استفاده از ساختارهاي یک بعدي عمودي TiO2 مانند و محلول تهیه شده به آن اضافه می شود. در نهایت اتوکلاو نانومیله ها، نانو سیم ها و نانولوله ها به دلیل داشتن مرزدانه به منظور انجام فرآیند هایدروترمال به مدت 12 ساعت در هاي کمتر مسیر مستقیمی براي حرکت الکترون ها فراهم دماي 150 قرار می گیرد.
سپس اتوکلاو در دماي اتاق می کنند که باعث افزایش نرخ انتقال الکترون شده و نیز به سرد شده و زیر لایه ها با آب دي یونیزه شستشو داده شده دلیل پراکندگی نوري مناسب افزایش بازدهی سلول را در ودر دماي 500 پخت می شوند. پی دارد .[3-7] اما با وجود این مزایا ساختارهاي یک پس از آن نانومیله هاي رشد یافته بر بستر FTO، به منظور بعدي سطح مؤثر کمتري نسبت به نانو ذره ها دارند در شاخه دار شدن - NR24 - دراتوکلاو شامل محلول اولیه قرار نتیجه جذب رنگ آنها نیز کمتر است بنابراین با شاخه دار گرفته و به مدت 12 ساعت دیگر در دماي 150 قرار می کردن این ساختار هاي یک بعدي می توان جذب رنگ، گیرد. این لایه ها پس از شستشو و پخت به عنوان پراکندگی و بازدهی را افزایش داد .
[8] براي سنتز ساختار فوتوالکترود سلول خورشیدي رنگدانه اي مورد استفاده قرار هاي یک بعدي شاخه دار روش هاي مختلفی وجود دارد که می گیرند. الکترود شمارنده در اینجا پلاتین است و از جمله مهم ترین آن ها می توان به روش هایدروترمال الکترولیت مورد استفاده شامل لیتیم یدید 100mM، ید اشاره کرد .[9] در این تحقیق، نانو میله هاي TiO2 سنتز جامد 100mM، تترا بوتیل پیریدین 500mM و تترا بوتیل شده بر بسترFTO شاخه دار شده و پس از حساس سازي آمونیوم یدید 100mM در حلال استونیتریل می باشد.
با رنگ N719 به عنوان فوتوآند در سلول هاي خورشیدي در این تحقیق به منظور بررسی اجزا تشکیل دهنده و رنگدانه اي مورد استفاده قرار می گیرند و اثر شاخه دار عملکرد سلول هاي خورشیدي رنگدانه اي آنالیزهاي شدن نانو میله ها در بازدهی سلول ها مورد بررسی قرار می تصاویر SEM با استفاده از T-Scan Microscope انجام گیرند. در نهایت نشان داده می شود که بازدهی تبدیل انرژي گرفت. اندازه گیري مشخصه I-V سلول نهایی با سطح به مقدار % 8 با استفاده از شاخه دار شدن نانومیله ها بدست موثر 0/16 سانتی متر مربع و در شرایط تابش نور خورشید می آید.
روش آزمایش
در این پژوهش ابتدا زیر لایه هاي FTO به ترتیب با آب و صابون، اتانول و استون هرکدام به مدت 10 دقیقه شستشو داده می شوند. سپس به منظور تشکیل NR12، 12 ml آب یون زدایی شده با 12 mlهیدروکلریک اسید مخلوط شده و پس از گذشت 10 دقیقه هم خوردن روي استیرر، 0/4ml تیتانیوم تترا بوتیل تیتانات به آن اضافه شده و 5 دقیقه دیگر 1/5Am انجام شد. اندازه گیري طیف سنجی هاي اپتیکی با اسپکتروفوتومتر Optizen Pop انجام گرفته است.
نتایج و بحث
شکل1، - الف - و - ب - تصاویر SEM از سطح فوتوآند هاي NR12 و NR24 و - ج - و - د - تصاویر SEM مقطع عرضی آن ها را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود در قسمت - ب - تراکم نانو میله ها افزایش یافته و قطر آن ها نیز بیشتر شده است وسطح بیشتري از زیر لایه را پوشانده است. شکل 2، منحنی هاي عبور اپتیکی نور لایه هاي نانو ساختاري NR12 و NR24 را نشان می دهد. همانطور که در شکل دیده می شود میزان عبور اپتیکی نور فوتوآند شامل نانومیله هاي شاخه دار شده کاهش محسوسی پیدا کرده و تقریبا نصف شده است. در واقع با شاخه دار کردن نانومیله ها طول میکرونی ساختار وقطر آن افزایش یافته ومیزان عبور نور کاهش می یابد. هم چنین به دلیل وجود شاخه روي بدنه نانومیله وشاخه هاي گل کلمی روي سطح نانو میله ها میزان پراکندگی نور نیز افزایش می یابد.
