بررسی ویژگی نوری-الکتریکی و تعیین بازده تبدیل فتوالکتروشیمیایی سلول خورشیدی دووجهی رنگ‌دانه‌ای به‌کمک فیلم نانوساختار پلیآنیلین/تیتانیم اکسید

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 9، دوره 13، شماره 1، خرداد 1398، صفحه 73-84   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

علیرضا بهرامیان^{* 1}؛ انسیه کرمی²؛ داریوش وشایی³

¹دانشیار دانشگاه صنعتی همدان، گروه مهندسی شیمی، همدان، ایران

²فارغ التحصیل مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی همدان، گروه مهندسی شیمی، همدان، ایران

³دانشیار دانشگاه کارولینای شمالی، دانشکده مهندسی الکترونیک و کامپیوتر، کارولینای شمالی، آمریکا

چکیده

در این پژوهش، ویژگی نوری- الکتریکی و بازده تبدیل فتوالکتروشیمیایی سلول خورشیدی دو وجهی حساس به رنگ‌دانه N719  متشکل از فیلم پلی‌آنیلین (PANI) و فیلم نانوساختار تیتانیم اکسید (TiO₂) موردبررسی قرارگرفته است. الکترود متقابل برپایه PANI طی فرایند بسپارش آنیلین با کاتالیست اسیدی تهیه شد. درحالی‌که فیلم TiO₂، به‌عنوان فتوآند، در دمای پایین به‌کمک روش شیمیایی سل-ژل و  فرایند لایه‌نشانی غوطه‌وری ساخته شد. بالا بودن مقدار عبوردهی نوری سلول ساخته‌شده، سبب شد تا بر اثر تابش نور از دو وجه، چگالی بالاتری از مولکول‌های رنگ، طی فرایند فتوشیمیایی برانگیخته شوند. افزایش بازدهی تبدیل سلول در حضور رنگ‌دانه مولکولی بر پایه روتنیم، با نام تجاری N719، تا مقدار 22/8% در مقایسه با سلول مشابه ساخته‌شده با الکترود پلاتین (با بازدهی 75/7 %) مناسب‌تر است. هزینه پایین ساخت و بالا بودن عبوردهی نوری تا 71 % در ناحیه نور مرئی، امکان استفاده از الکترودهای PANI و TiO₂ با ریختی ویژه را برای ساخت سلول‌های خورشیدی دووجهی، در مقیاس صنعتی، فراهم می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

سلول خورشیدی رنگ‌دانه‌ای؛ فیلم نانوساختار؛ فیلم پلی‌آنیلین/تیتانیم اکسید؛ بازده تبدیل فتوالکتروشیمیایی؛ عبوردهی نوری

مراجع

[1] Grätzel, M.; Nature 414, 338-344, 2001.
[2] *
* شهیدی زندی، مهدی؛ گلستانی، قاسم؛ غلامحسین زاده، محمدرضا؛ نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی، شماره 9 (3)، 33-41، 1396.
[3] Lim, J.W.; Cho, D.Y.; Kim, J.; Na, S.I.; Kim, H.K.; Solar Energy Materials and Solar Cells 107, 348-354, 2012.
[4] Chen, Q.; Zhou, H.; Hong, Z.; Luo, S.; Duan, H.S.; Wang, H.H.; Liu, Y.; Li, G.; Yang, Y.; Journal of the American Chemical Society 136, 622–625, 2014.
[5] Parisi, M.L.; Maranghi, S.; Basosi, R.; Renewable and Sustainable Energy Reviews 39, 124–138, 2014.
[6] Chen, W.; Liu, Y.; Luo, J.; Sun, J.; Gao, L.; Materials Letters 67, 60–63, 2012.
[7] Hou, Y.; Wang, D.; Yang, X.H.; Fang, W.Q.; Zhang, B.; Wang, H.F.; Lu, G.Z.; Hu, P.; Zhao, H. J.; Yang, H.G.; Nature Communications 4, 1583-1590, 2013.
[8] O’Regan, B.; Grätzel, M.; Nature 353, 737–740, 1991.
[9] Masuda, Y.; Ohji, T.; Kato, K.; Crystal Growth & Design10, 913–922, 2009.
[10] Wu, J.J.; Yu, C.C.; The Journal of Physical Chemistry B 108, 3377–3379, 2004.
[11] Ma, Z.; Guo, Q.; Mao, X.; Ren, Z.; Wang, X.; Xu, Ch.; Yang, W.; Dai, D.; Zhou, Ch.; Fan, H.; Yang, X.; The Journal of Physical Chemistry C117, 10336–10344, 2013.
[12] Prabakar, S.; Bumby, C.W.; Tilley, R.D.; Chemistry of Materials 21, 1725–1730, 2009.
[13] Sun, Z.; Kim, J.H.; Zhao, Y.; Bijarbooneh, F.; Malgras, V.; Lee, Y.; Kang, Y.-M.; Dou, S.X.; Journal of the American Chemical Society 133, 19314–19317, 2011.
[14] Lee, S.H.; Kwon, J.; Kim, D.Y.; Song, K.; Oh, S.H.; Cho, J.; Schubert, E.F.; Park, J.H.; Kim, J.K.; Solar Energy Materials and Solar Cells 132, 47–55, 2015.
[15] Yoon, K.J.; Park, J.S.; Lee, S.J.; Song, M.; Shin, I.A.; Lee, J.W.; Gal, Y.S.; Jin, S.H.; Journal of Polymer Science Part A 46, 6762–6769, 2008.
[16] Patten, H.V.; Ventosa, E.; Colina, A.; Ruiz, V.; López-Palacios, J.; Wain, A.J.; Lai, S.C.S.; Macpherson, J.V.; Unwin, P.R.; Journal of Solid State Electrochemistry 15, 2331–2339,2011.
[17] Moslin, R.M.; Espino, Ch.G.; Swager, T.M.; Macromolecules 42, 452–454, 2008.
[18] Kiya, Y.; Iwata, A.; Sarukawa, T.; Henderson, J.C.; Abruña, H.D.; Journal of Power Sources 173, 522–530, 2007.
[19] Tai, Q.; Chen, B.; Guo, F.; Xu, Sh.; Hu, H.; Sebo, B.; Zhao, X.-Zh.; ACS Nano 5, 3795–3799, 2011.
[20] Pomfret, S.J.; Adams, P.; Comfort, N.; Monkman, A.P.; Polymer 41, 2265–2269, 2000.
[21] Lim, T.H.; Oh, K.W.; Kim, S.H.; Solar Energy Materials and Solar Cells 101, 232–240, 2012.
[22] Stejskal, J.; Sapurina, I.; Trchová, M.; Konyushenko, E.N.; Macromolecules 41, 3530–3536, 2008.
[23] Pan, L.; Yu, G.; Zhai, D.; Lee, H.R.; Zhao, W.; Liu, N.; Wang, H.; Tee, B.C.K.; Shi, Y.; Cui, Y.; Bao, Z.; PNAS 109, 9287–9292, 2012.
[24] Scherr, E.M.; MacDiarmid, A.G.; Manohar, S.K.; Masters, J.G.; Sun, Y.; Tang, X.; Druy,M.; Glastokowski, P.J.; Cajipe, V.B.; Fischer, J.E.; Cromack, K.R.; Jozefowicz, M.E.; Ginder, J.M.; McCall, R.P.; Epstein, A.J.; Synthethic Metals 41, 735–738, 1991.
[25] Pawar, S.G.; Patil, S.L.; Chougule, M.A.; Raut, B.T.; Sen, Sh.; Patil, V.B.; International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials 60, 979–987, 2011.
[26] Bahramian, A.; Applied Surface Science 311, 508–520, 2014
[27] Chung, I.; Lee, B.; He, J.; Chang, R.P.H.; Kanatzidis, M.G.; Nature 485, 486–490, 2012.
[28] Bahramian, A.; Industrial & Engineering Chemistry Research 52, 14837–14846, 2013.
[29] Arredondo, B.; Romero, B.; Del Pozo, G.; Sessler, M.; Veit, C.; Würfel, U.; Solar Energy Materials and Solar Cells 128, 351–356, 2014.
[30] Sarker, S.; Seo, H.W.; Kim, D.M.; Chemical Physics Letters 585, 193–197, 2013.
[31] Wang, Q.; Moser, J.E.; Grätzel, M.; The Journal of Physical Chemistry B109, 14945–14953, 2005.