توسعه عملکرد فتوولتائیک سلول خورشیدی رنگ‌دانه‌ای با به‌کارگیری فتوآند نانوکامپوزیتی دی‌اکسید تیتانیم: نانولوله کربنی

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 9، دوره 30، شماره 1 - شماره پیاپی 19، 1397، صفحه 101-110   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ma.v30i1.55134

نویسندگان

شروین دانشور اصل؛ سید خطیب الاسلام صدرنژاد^*

دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

پوشش­های نانوکامپوزیتی دی­اکسید تیتانیم- نانولوله کربنی چنددیواره (TiO2-MWCNT) حاوی درصدهای گوناگون از نانولوله کربنی روی زیرلایه اکسید قلع دوپ­شده با فلوئور به روش سل­ژل غوطه­وری ایجاد شدند. سپس، سلول­های خورشیدی رنگ­دانه­ای با استفاده از آندهای تهیه­شده از این پوشش­ها، الکترولیت اکسایشی-کاهشی پایه ید و الکترود کمکی پلاتینه­شده ساخته شدند. نتایج نشان دادند که سلول خورشیدی ساخته­شده از فیلم نانوکامپوزیتی TiO2-3%wt.MWCNT دارای بیش­ترین بازدهی تبدیل (31%/5) و میزان افزایش بازدهی نسبت به حالتی که از لایه TiO2 خالص در ساخت آند استفاده شود، %69 ~ است. این ارتقا در بازدهی تبدیل به افزایش رسانایی الکتریکی آند، کاهش ترکیب مجدد حامل­های بار در آن و کاهش مقاومت انتقال بار در فصل مشترک دی­اکسید تیتانیم/ رنگ­دانه/ الکترولیت نسبت داده شد.

کلیدواژه‌ها

سلول خورشیدی رنگ دانه ای؛ دی اکسید تیتانیم؛ نانولوله کربنی؛ سل ژل؛ غوطه وری؛ بازدهی تبدیل

سایر فایل های مرتبط با مقاله

9-daneshvar_AK_EDITS.pdf

مراجع

1. Lee T.Y., Alegaonkar P.S., Yoo J.B., "Fabrication of dye-sensitized solar cell using TiO2-coated carbon nanotubes", Thin Solid Films, Vol. 515, No. 12, pp. 5131-5135, (2007).

2. Yu J., Fan J., Cheng B., "Dye-sensitized solar cells based on anatase TiO2 hollow spheres/carbon nanotube composite films", Journal of Power Sources, Vol. 196, No. 18, pp. 7891–7898, (2011).

3. Chaveanghong S., Smith S.M., Sudchanham J., Amornsakchai T., "Enhancement of power conversion efficiency of dye-sensitized solar cells by using multi-walled carbon nanotubes/TiO2 electrode", Journal of the Microscopy Society of Thailand, Vol. 4, No. 1, pp. 36-40, (2011).

4. Chang H., Hsieh T.J., Chen T.L., Huang K.D., Jwo C.S., Chien S. H., "Dye-sensitized solar cells made with TiO2-coated multi-wall carbon nanotubes and natural dyes extracted from Ipomoea", Materials Transactions, Vol. 50, No. 12, pp. 2879-2884, (2009).

5. Tan B., Wu Y., "Dye-sensitized solar cells based on anatase TiO2 nanoparticle/nanowire composites", The Journal of Physical Chemistry B, Vol. 110, No. 32, pp. 15932-15938, (2006).

6. Nazeeruddin M.K., Kay A., Rodicio I., Humphry-Baker R., Müller E., Liska P., Vlachopoulos N., Grätzel M., "Conversion of light to electricity by cis-X2bis (2, 2'-bipyridyl-4, 4'-dicarboxylate) ruthenium (II) charge-transfer sensitizers (X= Cl-, Br-, I-, CN-, and SCN-) on nanocrystalline TiO2 electrodes", Journal of the American Chemical Society, Vol. 115, No. 14, pp. 6382-6390, (1993).

7. Shi D., Guo Z., Bedford N., "Nanomaterials and devices", Elsevier Inc., Beijing: Tsinghua University Press, pp. 161–174, (2015).

8. Zhao L., Yu J., Fan J., Zhai P., Wang S., "Dye-sensitized solar cells based on ordered titanate nanotube films fabricated by electrophoretic deposition method", Electrochemistry Communications, Vol. 11, No. 10, pp. 2052-2055, (2009).

9. Kongkanand A., Martinez Dominguez R., Kamat P.V., "Single-wall carbon nanotube scaffolds for photoelectrochemical solar cells. Capture and transport of photogenerated electrons", Nano Letters, Vol. 7, No. 3, pp. 676-680, (2007).

10. Trancik J.E., Barton S.C., Hone J., "Transparent and catalytic carbon nanotube films", Nano Letters, Vol. 8, No. 4, pp. 982-987, (2008).

11. Lee K.M., Hu C.W., Chen H.W., Ho K.C., "Incorporating carbon nanotube in a low temperature fabrication process for dye-sensitized TiO2 solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 92, No. 12, pp. 1628-1633, (2008).

12. Umeyama T., Imahori H., "Carbon nanotube-modified electrodes for solar energy conversion", Energy & Environmental Science, Vol. 1, No. 1, pp. 120-133, (2008).

13. Kim S.L., Jang S.R., Vittal R., Lee J., Kim K.J., "Rutile TiO2-modified multi-wall carbon nanotubes in TiO2 film electrodes for dye-sensitized solar cells", Journal of Applied Electrochemistry, Vol. 36, No. 12, pp. 1433-1439, (2006).

14. Yen C.Y., Lin Y.F., Liao S.H., Weng C.C., Huang C.C., Hsiao Y.H., Ma C.C.M., Chang M.C., Shao H., Tsai M.C., Hsieh C.K., "Preparation and properties of a carbon nanotube-based nanocomposite photoanode for dye-sensitized solar cells", Nanotechnology, Vol. 19, No. 37, pp. 375305, (2008).

15. Jang S.R., Vittal R., Kim K.J., "Incorporation of functionalized single-wall carbon nanotubes in dye-sensitized TiO2 solar cells", Langmuir, Vol. 20, No. 22, pp. 9807-9810, (2004).

16. Fan B., Mei X., Sun K., Ouyang J., "Conducting polymer/carbon nanotube composite as counter electrode of dye-sensitized solar cells", Applied Physics Letters, Vol. 93, No. 14, pp. 143103, (2008).

17. Lin W.J., Hsu C.T., Tsai Y.C., "Dye-sensitized solar cells based on multi-walled carbon nanotube–titania/titania bilayer structure photoelectrode", Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 358, No. 2, pp. 562–566, (2011).

18. Yu H., Quan X., Chen S., Zhao H., "TiO2-multiwalled carbon nanotube heterojunction arrays and their charge separation capability", The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 111, No. 35, pp. 12987-12991, (2007).

19. بخشایش ا. م.، "سلول خورشیدی فعال‌شده با رنگ حاوی نانوذره و نانوسیم دی‌اکسید تیتانیم"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، (1391).

20. Carp O., Huisman C.L., Reller A., "Photoinduced reactivity of titanium dioxide", Progress in Solid State Chemistry, Vol. 32, No. 1, pp. 33-177, (2004).

21. Jitianu A., Cacciaguerra T., Benoit R., Delpeux S., Beguin F., Bonnamy S., "Synthesis and characterization of carbon nanotubes–TiO2 nanocomposites", Carbon, Vol. 42, No. 5, pp. 1147-1151, (2004).

22. Birkholz M., "Thin film analysis by X-ray scattering", John Wiley & Sons, Weinheim, pp. 122-129, (2006).

23. Morales E.R., Mathews N.R., Reyes-Coronado D., Magaña C.R., Acosta D.R.,

Alonso-Nunez G., Martinez O.S., Mathew X., "Physical properties of the CNT:TiO2 thin films

prepared by sol–gel dip coating", Solar Energy, Vol. 86, No. 4, pp. 1037-1044, (2012).

24. Nishikiori H., Ohta T., Uesugi Y., Itai H., Endo M., Fujii T., "Influence of adding

carbon nanotubes on photoelectric conversion properties of dye-doped titania gel", Research on

Chemical Intermediates, Vol. 38, No. 8, pp. 1857-1869, (2012).

25. Peining Z., Nair A.S., Shengyuan Y., Shengjie P., Elumalai N.K., Ramakrishna S.,

"Rice grain-shaped TiO2–CNT composite-A functional material with a novel morphology for

dye-sensitized solar cells", Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 231, No. 1, pp. 9-18, (2012).