پاورپوینت سلول های خورشیدی پلیمری

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

عنوان: سلول های خورشیدی پلیمری

اسلاید 3 :

سلولهاي خورشيدي بر پايه نيمه رساناهاي آلي
سلولهای خورشیدی.
مشکلات:
مقدار کارايي کم (% 15/5 = ηe)(ηe: Energy Conversion Efficiency)
مشکلات پايداري
مزیت ها:
فراوري آسان
انعطاف پذيري
سبک وزني
هزينه ساخت کم

اسلاید 4 :

نمونههايي از سلولهاي خورشيدي مبتني بر مواد آلي
انواع سلولهاي خورشيدي مبتني بر مواد آلي:
سلولهاي خورشيدي حساس شده با رنگ
سلولهاي خورشيدي پليمري
سلولهاي خورشيدي مبتني بر بلورهای مايع (Liquid Crystals).

اسلاید 5 :

سلولهاي خورشيدي بر پايه نيمه رساناهاي آلي
جديدترين گروه سلولهاي خورشيدي شامل موارد زیر است:
ملکولهاي کوچک
اجزاء پليمري
هيبريد آلي/معدني

اسلاید 6 :

سلولهاي خورشيدي پليمري
ویژگیهای بارز سلولهای خورشيدي:
هزینه کم
وزن سبک
ساخت راحت
آنچه بر اهمیت آنها میافزاید، قابليت حل شدن مواد مورد استفاده در حلالهاي آلي است.
این ویژگی تهیه سلولهاي خورشيدي انعطاف پذیری را امکان پذیر می سازد.

اسلاید 7 :

مقايسه سلولهاي فتوولتاييک آلي و معدني
فن آوری فتوولتاييک بايد پايدار، کارا و کم هزينه باشد.
فتوولتاييک سيليکون بلوري خيلي پايدار است.
طول عمر موثري بالغ بر 25 سال و کارايي تبديل انرژي 20% دارد.
اما فتوولتاييک پليمري در اين زمينه ارزش و قابلیت خود را در مقایسه با سلول‏های سیلیکونی به خوبی نشان داده است.
فتوولتاييک پليمري به عنوان مکمل مناسب برای سلولهاي خورشيدي سيليکوني مورد استفاده قرار می‏گیرد.

اسلاید 8 :

مقايسه سلولهاي فتوولتاييک آلي و معدني
سلول های فتوولتاييک آلي پايداري و بازده کمی را از خود نشان می‏دهند.

اسلاید 9 :

اجزاي سلولهای خورشیدی آلی
اجزاء معمول تشکيل دهنده سلولهاي خورشيدي آلي:
شیشه
ماده شفاف رسانا مثل Indium-Tin Oxide, ITO))
پلیمر شفاف هادی مثل PEDOT:PSS
لایه فعال
لایه متصل کننده
فلز

اسلاید 10 :

اجزاي سلولهای خورشیدی آلی
رایجترین پلیمرهای مزدوج آلی استفاده شده به عنوان ماده فعال برای سلولهای خورشیدی:


پلی (3- هگزیل تیوفن) (P3HT)
پلي‏( ۳-متوکسي-۵- (2-اتیل‏هگزیل اکسی)-1و4-فنیلن وینیلن) ((MEH-PPV
پلی‏(2-متوکسي-۵-‏(3و7-دی متیل اکتیل اکسی)-1و4فنیلن وینیلن) (MDMO-PPV) :داراي يک هسته پلی فنیلن وینیلن (PPV) مزدوج.

اسلاید 11 :

اجزاي سلولهای خورشیدی آلی
مواد پلي تایوفني که به طور وسيع در سلولهاي خورشيدي آلي استفاده ميشوند:
PEDOT:PSSيا پلي ( ۳و ۴-اتيلن اکسي تيوفن) پلي استيرن سولفونات)
لايه نازکی از PEDOT:PSS معمولاً به عنوان ماده هادي حفره به طور مستقيم بالاي الکترود ( Indium Tin Oxide, ITO) به کار برده میشود.

اسلاید 12 :

پليمرهاي هادي
ايده استفاده از پليمرها به جهت خواص رسانايي الکتريکي شان در سال ۱۹۷۷ با يافته Hegger، Mcdiarmid و Shirakawa ایجاد شد.
این ایده با کشف رسانايي فلزي پلي استيلن ترانس دوپ شده، پديدار شد.
Dopped : دوپانت‏های اکسيداسيوني پذیرنده الکترون یا دهنده الکترون هستند که به پلیمر افزوده شده و باعث رسانا شدن آنها می شوند.

اسلاید 13 :

پليمرهاي هادي
فاکتورهاي مهم در کنترل خواص رسانايي پليمر:
بزرگي گاف انرژي
موقعيت لبه هاي نوار رسانش و والانس

اسلاید 14 :

تئوري نوار (Band theory)
پليمرهاي رسانا از نظرميزان رسانايي، در دسته نيمه رساناها قرار ميگيرند.
بر طبق تئوري نوار.

يک فلز داراي گاف انرژي صفر است چون:
نوار رسانش و ظرفيت با هم همپوشاني کرده و يک نوار تشکيل ميدهند.
حرکت آزادانه الکترونها در نوارهاي جزئي پرشده منجر به رسانايي فلز ميشود.

اسلاید 15 :

تئوري نوار (Band theory)
انتقال الکترون از نوار ظرفيت به نوار رسانش به خاطر گاف انرژي بالا، براي عايقها امکان پذير نیست.
در يک نيمه رسانا يک نوار پر ظرفيت و يک نوار خالی رسانش بوسيله گاف انرژي از هم جدا ميشوند که در آنجا سطوح انرژي وجود ندارند.
نوار رسانش نيمه رساناها به ميزان کمي بوسيله الکترونهاي تحريک شده از طريق گرمايي يا فتو شيميايي در دماي محيط اشغال ميشود.
اين برانگيختگي حاملهاي بار، براي جريان بار الکتريکي در نيمه رساناها دردسترس خواهد بود.

اسلاید 16 :

پليمرهاي گاف کوچک
گاف انرژي پليمر(Eg): تفاوت انرژي بين LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) و ((Highest Occupied Molecular Orbital HOMO است.
گاف انرژي توسط عوامل متفاوتی کنترل می شود.
پليمرهاي با گاف کوچک:
پليمرهايي تعريف می شوند که جذب نور با
طول موج بالاي nm 600 را داشته باشند.

اسلاید 17 :

پليمرهاي گاف کوچک
پليمرهاي تجاري استفاده شده در فتوولتاييک آلي از قبيل:
MEH-PPV داراي جذبي است که تا طول موج nm550 قابل گسترش است.
P3HT داراي جذبي است که تا nm 650 گسترش مي يابد.
اگر از پليمری با گاف انرژي پايين استفاده شود..
عدم تطابق طيفي تقليل مييابد که نشان از همپوشاني بهتر با طيف نشري خورشيد دارد.

اسلاید 18 :

پليمرهاي گاف کوچک
به منظور بدست آوردن سلول خورشيدي با کارايي بالا.
يافتن مواد دهنده که محدوده جذب نوري و همپوشاني بهتر با نور خورشيد دارند (داراي گاف انرژي پايين) ضروري مي باشد.
گاف انرژي مي تواند عملا براي تعيين انرژي که ميتوان از سلول بدست آورد، استفاده شود.

اسلاید 19 :

طراحي پليمرهاي با گاف انرژي کوچک
فاکتورهاي موثر برگاف انرژي پليمرها:
طول مزدوج شدگي
تناوب طول پيوند
انتقال بار درون زنجيري
برهمکنشهاي بين مولکولي
آروماتيسيته (Aromaticity)
استخلافها

اسلاید 20 :

طراحي پليمرهاي با گاف انرژي کوچک
ادغام بخشهاي غني از الکترون (دهنده) و داراي کمبود الکترون (گيرنده) در زنجير پليمر، روش خيلي موفق جهت سنتز پليمرهاي با گاف انرژي پايين است.
تناوب در زنجير اصلي پليمر منجر به انتقال بار درون ملکولي ICT (Intra Molecular Charge Transport) از دهنده به گيرنده میشود.
نواری جذبي در انرژي کمتر ایجاد ميشود.
مفهوم دهنده-گيرنده-دهنده اين است کهHOMO بالاي دهنده و LUMO پایین گيرنده در پليمر حاصل، ادغام ميشوند.
بنابراين در ساختار الکترونيکي پليمر خصلت پيوند دوگانه افزايش و منجر به گسترش نوارهاي رسانش و هدايت و القاء گاف انرژي پايين مي شوند.