بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از روش اسپری پایرو لیزیز الکترود اکسید قلع آلایش یافته با فلوئور - FTO - در دمای 450°C بر روی زیرلایه شیشه لایه نشانی گردید. سپس با همین روش و تحت شرایط اسپری متفاوت فوتوآند دی اکسید تیتانیوم در بر روی زیرلایه FTO در دمای 150°C لایه نشانی شد. در نهایت قطعه سلول خورشیدی رنگدانه ای ساخته و آزمایش شد. برای لایه نشانی فوتوآند، از تیتانیوم ایزوپروپوکساید به عنوان پیش ماده و از ایزو پروپانول به عنوان حلال محلول اولیه استفاده شد. ویژگی های ساختاری و نوری فوتوآند ساخته شده مورد مطالعه قرار گرفت. تحلیل الگوی پراش پرتو - XRD - X شکل گیری فاز آناتاز با راستای رشد ارجح - 101 - را نشان داد. طیف سنجی UV-Vis برای مشخصه یابی نوری نمونه بکار گرفته شد. با استفاده از نمودار جریان-ولتاژ سلول ساخته شده بازده سلول 1/31 به دست آمد.
مقدمه
از سال 1991 تاکنون سلول های خورشیدی رنگدانه ای به عنوان نوعی از سلول های خورشیدی توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. این نوع از سلول های خورشیدی به دلیل ساخت آسان و هزینه مقرون به صرفه و همچنین به دلیل بازده بالا بسیار مورد توجه محققان و دانشمندان قرار گرفته اند .[1] اولین سلول خورشیدی رنگدانه ای در سال 1991 توسط گرتزل و همکاران ساخته شد .[2] یک سلول خورشیدی حساس شده به رنگدانه از یک فوتو الکترود شامل زیرلایه ای که با اکسید نیمرسانا پوشش داده شده است و دارای گاف انرژی زیاد می باشد و همچنین الکترود مقابل که شامل یک زیر لایه پوشش داده شده با یک کاتالیزگر که معمولا پلاتین استفاده می شود ساخته می شود. فضای بین دو الکترود با الکترولیت پر می گردد .[3] اکسید نیم رسانایی که اغلب استفاده می گردد دی اکسید تیتانیوم با گاف انرژی در حدود 3/1 eV می باشد که نور را در ناحیه فرابنفش جذب می کند اما نسبت به نور مرئی شفاف است. برای اینکه نور را بتوان در ناحیه مرئی جذب کرد یک تک لایه از رنگدانه بر سطح نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم پوشانده می شود .[4] برای به دست آوردن بازده بالا در سلول های خورشیدی رنگدانه ای لایه ای که دی اکسید تیتانیوم در آن لایه نشانی شده است باید سطح موثر بالایی داشته باشد، زیرا این امر سبب جذب بیشتر مولکول های رنگدانه و به تبع آن افزایش جذب نور خواهد شد. در این پژوهش، با استفاده از روش اسپری پایرو لیزیز الکترود اکسید قلع آلایش یافته با فلوئور - FTO - در دمای 450œC بر روی زیرلایه شیشه لایه نشانی گردید. سپس با همین روش و تحت شرایط اسپری متفاوت فوتوآند دی اکسید تیتانیوم در بر روی زیرلایه FTO در دمای 150œC لایه نشانی شد. در نهایت قطعه سلول خورشیدی رنگدانه ای ساخته و آزمایش شد. خواص ساختاری نمونه توسط تحلیل الگوی پراش با دستگاه XRD مدل - Unisance S300 - با طول موج Å ًٌُِِّ در بازه زاویه ای 2θ= 10-80° انجام گردید. برای بررسی خواص اپتیکی از طیف سنج نوری مدل - Shimadzu UV -Vis 1800 - استفاده شد. همچنین با استفاده از شبیه ساز خورشیدی منحنی جریان و ولتاژ و بازده آن بدست آمد.
مواد و روش تحقیق
اکسید قلع آلایش یافته با فلوئور - FTO - به عنوان الکترود به روش اسپری پایرولیزیز در دمای 450œC بر روی زیرلایه شیشه لایه نشانی گردید. مواد اولیه استفاده شده SnCl4.5H2O، NH4F، اتانول - 20mL - و آب دوبار تقطیر - 1 mL - و چند قطره HCl برای بالا بردن حلالیت استفاده گردید. لایه های بدست آمده برای مرحله بعدی لایه نشانی به طور دقیق شستشو داده شدند. ابتدا FTO را درون بشر گذاشته و درون آن آب و صابون اضافه شد و به مدت 2 دقیقه درون التراسونیک شست و شو شد. در ادامه با آب مقطر دوبار یونیزه شده شست و شو داده شد. در مرحله ی
بعد زیر لایه FTO درون بشر حاوی محلول اتانول و هیدورو کلریک اسید قرار داده شد و به مدت دو دقیقه در التراسونیک نگهداری شد. سپس با آب مقطر دو بار یونیزه شده شست و شو و در مراحل بعد ابتدا درون استون و سپس اتانول به مدت دو دقیقه در التراسونیک شست و شو شد. برای ساخت الکترود نوری به روش اسپری پایرو لیزیز ابتدا 200 میلی لیتر از محلول ایزو پروپانول - C3H8O - درون بشر ریخته شد و محلول روی همزن مغناطیسی در دمای 50 œC قرار داده شد. سپس 200 ʽL از تیتانیوم ایزو پروپوکساید - C12H28O4Ti - به محلول حاوی ایزوپروپانول اضافه گردید. محلول تهیه شده نهایی بی رنگ و شفاف می باشد و جهت اسپری مناسب می باشد. جهت اسپری، ابتدا زیرلایه ی FTO در ابعاد نیم سانتی متر در نیم سانتی متر ماسک گذاری گردید. دمای زیرلایه برای اسپری œC 150 انتخاب شد. آهنگ اسپری 3 mL/min و اسپری به صورت پالسی صورت گرفت بدین گونه که 5 ثانیه اسپری و 30 ثانیه وقفه در نظر گرفته شد. برخی از پارامتر های مهم در جدول 1 آمده است. بعد از آن که لایه نشانی صورت گرفت، لایه ی نازک حاصل در دمای 400 œC بازپخت گردید. زمانی که دمای زیرلایه به 80 درجه ی سانتی گراد رسید درون رنگدانه N719 به مدت 20 الی 24 ساعت در دمای اتاق قرار داده شد. از الکترود نوری به دست آمده برای ساخت سلول خورشیدی استفاده شد.
نتایج و بحث
الگوی پراش پرتو - XRD - X نمونه TiO2 تهیه شده بر روی FTO در شکل - 1 - نشان داده شده است. رشد نمونه در راستاهای ترجیحی - 101 - و - 004 - تشکیل یک ساختار لایه ای برای نمونه را نشان می دهد. اندازه بلورک در راستای ترجیحی - - 101 با استفاده از رابطهی شرر محاسبه گردید .[5] که در این رابطه D اندازه بلورکها بر حسب nm، θ زاویهی پراش براگ، طول موج پرتوX برحسب nm و β بزرگی تمام پهنا در نیمهی بیشینه بر حسب رادیان است. با استفاده از رابطه شرر اندازه بلورک برای نمونه محاسبه گردید و
برابر 27/78 nm می باشد.
