بهینه ¬سازی پارامترهای سنتز و اعمال خمیر نانوذرات tio2 ساخته¬شده به¬روش سل-ژل به¬منظور بهبود خواص فوتوولتائیک فوتوآند نانو متخلخل سلول خورشیدی حساس شده با رنگینه

در این پژوهش فوتوآند سلول خورشیدی حساس شده با رنگینه با هدف بهینه سازی آن ساخته شد. ساخت لایه نانو متخلخل tio2 با استفاده از خمیر حاوی نانوذرات tio2 و بر پایه روش سل-ژل پچینی و با استفاده از مواد اولیه اتیلن گلیکول، ایزوپروپکسید تیتانیم و اسید سیتریک صورت گرفت. به دلیل اهمیت پارامترهای مختلف در ساخت خمیر بر کیفیت فیلم tio2 و عملکرد سلول خورشیدی متناظر، در این پژوهش بر بررسی دوپارامتر تمرکز و عملکرد مناسب آند و سلول خورشیدی حاصل به عنوان معیاری از بهبود کیفیت فیلم tio2 از طریق اندازه گیری خواص فوتوولتائیک سلول صورت پذیرفت. در بخش نخست تأثیر نسبت جرمی نانوذرات tio2 به جرم سل مورد استفاده در ساخت خمیر(y) و در بخش دوم اثر نسبت مولی اتیلن گلیکول به اسید سیتریک در سل تیتانیم(z) مورد بررسی قرار گرفت. در بخش نخست خمیرهایی با مقادیر متفاوت y (8/0، 65/0، 55/0، 50/0، 35/0، 25/0، 15/0) سنتز شد. نتایج نشان داد با افزایش yضخامت لایه ها افزایش می‏یابد که این امر منجر به جذب بیشتر مولکول‏های رنگینه در واحد سطح فوتوآند شد. همچنین در خمیرهایی با مقادیر y کم میکروترک هایی مشاهده شد که اندازه و مقدار آن ها با افزایش y کاهش یافت که این مشاهده با کاهش کشش سطحی خمیر توجیه شد. با افزایش y، جریان مدار کوتاه به دلیل افزایش جذب رنگینه، افزایش یافت. ولتاژ مدار باز در ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت که این امر با در نظر گرفتن سرعت بازترکیب الکترون- حفره توجیه شد. فاکتور پرشوندگی با افزایش y تغییرات قابل توجهی نشان نداد. بازده سلول با افزایش y افزایش یافت و سلول با 65/0y= دارای بیشترین بازده تبدیل بود. در بخش دوم سل هایی با مقادیر 2،3،4،6،10،20 z=سنتز و با اضافه کردن مقدار یکسانی از نانوذرات tio2 به هریک از سل‏های فوق خمیرهای متمایزی ساخته شد. مشاهده شد با افزایش z، ضخامت لایه ها ثابت مانده و این امر باعث شد میزان جذب رنگینه در واحد سطح لایه ها ثابت بماند. در خمیرهایی با مقادیر پایین z، میکروترک‏هایی مشاهده شد که مقدار و اندازه آن ها با افزایش z کاهش یافت که این امر با توجه به کاهش کشش سطحی خمیر توجیه شد. ولتاژ مدار باز تغییرات قابل توجهی را با افزایش z نشان نداد. جریان مدار کوتاه با افزایش z، ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت که این مشاهده با در نظر گرفتن میزان میکروترک ها و سرعت باز ترکیب الکترون- حفره توجیه شد. با افزایش z فاکتور پرشوندگی به طور پیوسته کاهش و بازده سلول ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت و سلول با 4z= دارای بیشترین بازده تبدیل بود.