بهینه‌سازی سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای پلاسمونیکی با استفاده از کنترل نسبت جرمی Au/TiO2 و بهینه‌سازی پیکربندی فوتوآند سلول

نویسندگان

دانشکده فیزیک، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

در این پژوهش، نقش نانوذرات فلزی طلا و نحوۀ به‌کارگیری آن‌ها بر عملکرد سلول خورشیدی رنگدانه‌ای و افزایش بازده آن بررسی شه است. سلول خورشیدی رنگدانه‌ای با استفاده از رنگدانۀ طبیعی چای قرمز ساخته شد. همچنین نانوذرات طلا ساخته و با گروه عاملی کربوکسیل عامل‌دار شدند. سپس این نانوذرات در فوتوآند سلول رنگدانه‌ای مورد استفاده قرار گرفت. عملکرد سلول در حضور این نانوذرات بررسی شد. نحوۀ استفاده از این نانوذرات در فوتوآند سلول بسیار مهم است و ساختار بهینه به‌صورت خمیر پلاسمونیکی برای فوتوآند حاوی نانوذرات طلا و TiO2 به ‌دست آمد و غلظت آن‌ها (نسبت جرمی طلا به TiO2) در فوتوآند بهینه‌سازی شد. با توجه به نقش نانوذرات طلا برای کمک به بهبود جذب نور خورشید توسط رنگدانه، درصد جرمی طلای مورد استفاده فاکتور مهمی برای بهینه‌سازی سلول است؛ به‌نحوی که غلظت نانوذرات طلا مانعی برای جذب سطحی مولکول‌های رنگ بر سطح TiO2 نشود و برای نانوذرات طلای 2 نانومتری مورد استفاده در این پژوهش این درصد جرمی به‌صورت Au-TiO2 wt% 143/0 بهینه‌سازی شد.

کلیدواژه‌ها


[1] Lansaker, P., Gold Based Nanoparticles and Thin Film, Ph.D. Thesis, Uppsala University, Sweden, Chap.1, 2012. [2] Zhang, Q. and Cao, G., "Nanostructured Photoelectrodes for Dye-Sensitized Solar Cells", Nano Today, Vol. 6, pp. 91-109, 2011. [3] Geoffrey, B.S. and Claes-Goran,‌‌‌‌ S., Green Nanotechnology: Solutions for Sustainability and Energy in the Built Environment, Crs Press,‌ 1st edition, Publisher of Humanities, Social Science & STEM Books, 2011. [4] Salehi, A. and zamani, S., "Efficiency Enhancement of In0.5Ga0.5P Solar Cell by Optimizing Structural Parameters Using Parametric Method", Journal of Energy Engineering & Management, 7 (4), pp. 12-19, 2018. [5] Hardin, B.E., Snaith, H.J. and Mcgehee, M.D., "The Renaissance of Dye-Sensitized Solar Cells", Nature Photonics, Vol. 6, pp. 162-169, 2012. [6] Khalili, M., Abedi, M., Salar Amoli, H. and Mozaffari, S.A., "Dye Sensitized Solar Cells with Chitosan and Carboxy Methyl Cellulose Gel Electrolytes", Journal of Energy Engineering & Management, 5 (3), pp. 30-35, 2015. [7] Ding, K., Zhu, J., Cai, W., Moon, S-J. and Cai, N., "Plasmonic Dye-Sensitized Solar Cells", Advanced Energy Materials, Vol. 1, pp. 52–57, 2011. [8] Ding, B., Lee, B.J., Yang, M., Jung, H.S. and Lee, J-K., "Surface Plasmon Assisted Energy Conversion in Dye-Sensitized Solar Cells", Advanced Energy Materials, Vol. 1, pp. 415–421, 2011. [9] YoungYang, H. and HunLee, S., "Plasmonic and Charging Eeffects in Dye-Sensitized Solar-Cells with Au Nnanoparticles Incorporated into the Channels of Freestanding TiO2 Nanotube Aarrays", Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 80, pp. 311-317, 2019. [10] Kaur, N. and Mahajan, A., "Fabrication of Plasmonic Dye-Sensitized Solar Cells using Ion-Implanted Photoanodes", Royal Society of Chemistry Advances, Vol. 9, pp. 20375-20384, 2019. [11] Hasanzadeh Jeshari, H., Rooholamini Nejad, H., Rezaaei, V. and Deymehkar, E., "Applying the Synthesized Gold Nanoparticles and Investigating the Effect of Ligand-Functionalized Nanoparticles on Efficiency of Dye Sensitized Solar Cells", IOP Publishing, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 9, Number 3, pp. 035017 (8pp.), 2018. [12] Cushing, S. K. and Wu, N., "Plasmon-Enhanced Solar Energy Harvesting", The Electrochemical Society Interface, Vol. 4, pp.4650–4655, 2013. [13] Gusak, V., Nanoplasmonics for Solar Cells, Ph.D. Thesis, Department of Applied Physics Chalmers University of Technology, Sweden, 2014. [14] Alizadeh, A., Khodaei, M., Karami, Ch., Sworkentin, M., Shamsipur, M. and Sadeghi, M., "Rapid and Selective Lead (Ii) Colorimetric Sensor Based on Azacrown Ether-Functionalized Gold Nanoparticles", Nanotechnology, Vol. 21, pp. 315503-315511, 2010. [15] Calogero, G., Calandra, P., Irrera, A., Sinopoli, A., Citro, I. and Di Marco, G., "A New Type of Transparent and Low Cost Counter-Electrode Based on Platinum Nanoparticles for Dye-Sensitized Solar Cells", Energy and Environmental Science, Vol. 4, pp. 1838-1844, 2011. [16] Li, Y., Wang, H., Feng, Q., Zhou, G. and Wang, Z-S., "Gold Nanoparticles Inlaid TiO2 Photoanodes: A Superior Candidate for High-Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells", Energy and Environmental Science, Vol. 6, pp. 2156–2165, 2013.