توسعه سلول های خورشیدی حساس به رنگ بر پایه فتو الکترود کامپوزیتی tio2-mwcnt و مشخصه یابی آنها

چکیده سلول های خورشیدی حساس به رنگ از اثر نور بر مولکول های رنگ برای تولید جریان الکتریسیته استفاده می کنند که این عمل بر اساس مکانیزم فتوالکتروشیمیایی انجام می گیرد. فرایند فتوولتائی در این سلول ها، مدل شبیه سازی شده فتوسنتز در گیاهان می باشد. به منظور بهبود کارایی سلول های خورشیدی حساس به رنگ، پژوهش حاضر به بررسی شرایط مختلف تولید این سلول ها به خصوص در زمینه ی تعیین ضخامت بهینه لایه آندی، تولید کامپوزیتی مناسب با درصد بهینه از ماده تقویت کننده در لایه ی آندی و همچنین تعیین میزان پایداری و طول عمر سلول خورشیدی حساس به رنگ پرداخته است. در ابتدای پژوهش بواسطه ساخت سلول های خورشیدی حساس به رنگ با لایه های آندی در ضخامت های مختلف 9، 18 و 27 میکرومتر، ضخامت بهینه لایه آندی به منظور بدست آوردن بازده تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در این سلول های خورشیدی حاصل شد. همچنین با استفاده از نانولوله های کربنی چند دیواره به عنوان تقویت کننده، خمیرکامپوزیتی tio2-mwcnt که پیش ماده لازم جهت تهیه لایه متخلخل آندی توسعه یافته می باشد مهیا گردید. خمیر مذکور با درصدهای وزنی مختلف (1-4% وزنی) نانولوله های کربنی چند دیواره در ریزساختار نانوذرات دی اکسید تیتانیوم تهیه شد. طبق نتایج آزمون های فتو ولتایی و الکتروشیمیایی، مناسبت ترین بازده تبدیل و بیشترین کارایی فتو ولتایی، مربوط به سلول خورشیدی حساس به رنگ بر پایه فتو الکترود کامپوزیتی با 2% وزنی نانولوله کربنی بدست آمد. همچنین ضخامت بهینه لایه آندی به منظور تعیین بیشترین بازده تبدیل در حالت 18 میکرومتر بود. در ادامه پژوهش به بررسی و مقایسه رفتار فتو الکتریکی سلول های خورشیدی حساس به رنگ بر اساس فتو الکترود هایی با تک لایه آندی tio2، تک لایه آندی کامپوزیتی tio2-2%mwcnt و دو لایه آندی tio2/tio2-2%mwcnt پرداخته شد. در نهایت با مقایسه بازده تبدیل تمامی سلول های خورشیدی حساس به رنگ ساخته شده در پژوهش، مشخص گردید سلول خورشیدی حساس به رنگ بر پایه فتو الکترود دو لایه کامپوزیتی tio2/tio2-2%mwcnt دارای بازده تبدیل 35/5% بوده که در مقایسه با سلول خورشیدی حساس به رنگ مرجع با بازدهی 89/2% دارای 85% بهبود بازدهی است. همچنین رفتار الکتروشیمیایی این سلول ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از مدل سازی رفتار الکترون ها درون سلول های خورشیدی تهیه شده نیز بیانگر این مطلب بود که الکترون ها درون سلول خورشیدی حساس به رنگ بر پایه فتو الکترود دو لایه کامپوزیتی tio2/tio2-2%mwcnt دارای طول عمر بیشتر، فاصله نفوذ و ضریب نفوذ مناسب تر و مقاومت الکتریکی کمتر هستند و در نتیجه چگالی جریان تولید شده مناسب تر است. در نهایت، در پژوهش حاضر در یک بازه زمانی یک ماهه، طول عمر سلول خورشیدی مذکور مورد بررسی قرار گرفت که در این بازه زمانی کاهش بازده تبدیل در حدود 1% مشاهده شد.