بخشی از مقاله
چکیده
سلول های خورشیدی فعال شونده با رنگینه نسل سوم سلول های خورشیدی هستند. این سلولها برای اولین بار با بازده بالا در سال ساخته شدند. این سلولها گرچه بازده کمتری از سلولهای سیلیکونی سنتی دارند ولی هزینه وانرژی کمتری برای ساخت آنها مصرف میشود. به منظور ساخت این نوع سلول های خورشیدی به لایه ای نانو متخلخل با ضخامت میکرومتری دی اکسید تیتانیوم نیاز است. نشست الکتروفورتیکی نانوذرات از سوسپانسیون روشی موثر و کم هزینه به منظور ایجاد این قابلیت است.
البته لایه در ضخامت های بالای ٌ میکرومتر دچار ترک می شود و در این مقاله به بررسی فرآیند تولید لایه ی چند میکرومتری بدون ترک و مقایسه بازده سلول ساخته شده با ترک و بدون ترک می پردازیم. لایه نشانی چند مرحله ای نانوذرات موجود در در سوسپانسیون می توان حضور ترک ها را حتی در ضخامت بیش از 12 m میکرومتر نیز حذف کند. در ابتدا لایه های نازک دی اکسید تیتانیم تولید شده پس از فعال سازی توسط رنگینه N719 و قرار گرفتن در جایگاه فوتوالکترود مورد آنالیز I-V قرار گرفتند و بهبود خواص سلول در نتیجه ی لایه نشانی چند مرحله ای به اثبات رسید.
مقدمه
انرژی های تجدید پذیر از جمله انرژی هایی هستند که می توانند جایگزین سوخت های فسیلی گردند. یکی از این انرژی ها، انرژی خورشیدی است. امروزه، انرژی اولیه مصرفی جهانی، سالانه با سرعت ٌِ ترا وات مصرف میشود] ٌ[، در حالیکه سیاره ما حدود ًٌَ×ٌُْ ترا وات از طریق تابش دریافت میکند. حتی اگر کسر کوچکی از این انرژی جمعآوری شود، منبع انرژی عظیمی میشود و همه منابع شناخته شده غیر قابل تجدید پذیر را پشت سر میگذارد. امروزه یکی از مشکلات اساسی صنعت فوتوولتاییک، قیمت بالای انرژی تولیدی آنها با استفاده از سلول های خورشیدی که بر پایه سیلیکون اند، می باشد. بنابراین تحقیقات بر روی تولید سلول های خورشیدی کم هزینه در حال انجام است.
در سال ٌٌُُ گرتزل و اوراگان گروه جدیدی از سلول های خورشیدی را معرفی نمود. این سلول ها از یک الکترود نیمه هادی اکسیدی با گاف انرژی پهن، رنگینه - فعال کننده - ، الکترولیت در یک حلال آلی حاوی زوج کاهنده- اکسنده، الکترود پلاتین و زیر لایه شفاف رسانا تشکیل شده اند که موسوم به سلولهای خورشیدی فعال شونده با رنگینه هستند. ] َوٍ. [ مکانیزم عملکرد سلولهای فعال شونده با رنگینه در شکل - ٌ - نشان داده شده است.فرآیند تبدیل فوتون به انرژی بصورت زیر می باشد ]ُ:[
فعال کننده های کمپلکس روتنیوم که بر سطح دی اکسید تیتانیم جذب شده اند، فوتونهای ورودی را جذب می کنند.
فعال کنند ها از حالت پایه به حالت برانگیخته می شوند. الکترونهای برانگیخته شده به داخل باند هدایت الکترود دی اکسید تیتانیم تزریق شده و منجر به اکسیداسیون فعال کننده می گردد.
الکترون های تزریق شده در باند هدایت دی اکسید تیتانیم از طریق نانوذرات دی اکسید تیتانیم با مکانیزم نفوذ به زیر لایه شفاف رسیده و از طریق یک مدار خارجی به الکترود شمارنده می رسند.
فعال کننده اکسید شده الکترونها را از محیط کاهنده - اکسنده حاوی یون گرفته و به حالت سطح پایه بر می گردد و به اکسید می گردد.
یونهای به سمت الکترود شمارنده نفوذ می کنند و در آنجا به یون احیاء می گردند. شکل ٌ. شماتیکی از طرز کار سلول فعال شده با رنگینه. فوتوآند از یک نیمه هادی فعال شده با رنگینه ساخته می شود، تابش نور سبب فعال شدن رنگینه می شود. رنگینهی فعال شده الکترونی به باند هدایت تزریق میکند. که این الکترون از طریق الکترود شفاف رسانا به مدار خارجی میرود و از طریق الکترود دیگر وارد مدار شده و در نهایت رنگینه اکسید شده از طریق زوج کاهنده- اکسنده دوباره احیا میشود .
مهمترین قسمتهای سلولهای خورشیدی فوتوآند آن است. برای ساخت فوتوآند این سلولهای که معمولا از جنس دی اکسید تیتانیم است. از روش های مختلفی مانند پوشش ده ی الکترواستاتیکی ]ّ[، سل ژل و غوطه ور ی ]َوْ[، الکتروریسی ]ُ[ و اعمال خم ری دی اکسید تیتانیوم توسط روش دکتر بلید ]ًٌ[ اسکرین پرینت ]ٌٌ[ اسپاترینگ - کندو پاش - ] ٌٍ[ و لایه نشانی الکتروفورتیکی] ٌَ[ به منظور لا هی نشانی استفاده شده است.
در این تحقیق ما از روش لایه نشانی الکتروفورتیکی به منظور ساخت لایه میکرومتری دی اکسید تیتانیم استفاده کردیم لایه نشانی لا هی نشانی الکتروفرتیکی معمولا یک روش کلوئیدی محسوب م ی شود که در ط ی آن یک پوشش سرامیکی با اعمال یک میدان الکتریکی مستقیم از یک سوسپانسیون پایدار بر روی یک پایه شکل می پذ رید. از دو مرحله الکتروفرزیس و نشست تشکیل شده است. الکتروفرزیس حرکت ذرات باردار در سوسپانسیون تحت میدان الکتریکی است. نشست نزی مرحله ای است که ذرات بهم می چسبند تا یک لا هی متراکمی را ایجاد کنند. از ویژگیهای این روش پایین بودن هزینه، ساده بودن تجهیزات مورد استفاده و قابلیت استفاده در مقیاس صنعتی اشاره کرد.
