عنوان پایان‌نامه
استفاده از نقاط کوانتومی در نانوساختارهای دی اکسیدتیتانیوم و بررسی خواص اپتیکی آن برای کاربرد در سلولهای خورشیدی
- رشته تحصیلی
- فیزیک- حالت جامد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5530
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- علی اکبر چاهه
- استاد راهنما
- یاسر عبدی
- چکیده
- سلولهای خورشیدی نقطه‌کوانتومی که از مهمترین انواع سلولهای خورشیدی هستند، امروزه توجه محققان بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. تلاش‌های بسیاری برای افزایش عملکرد این نوع از سلول‌ها و تبدیل آن ها به یک کالای صنعتی صورت گرفته است. در این پژوهش به بررسی دو نوع از پرکاربردترین نقاط کوانتومی برای بهبود کارایی این نسل از سلولهای خورشیدی پرداخته ایم. در ابتدا نحو سنتز نقاط کوانتومی سولفید کادمیم و سلنید کادمیم را به روش لایه‌نشانی پی در پی جذب و واکنش بدست آوردیم و در ادامه حد اشباع لایه‌نشانی به این روش، برای هر دو نوع نقاط به وسیل طیف جذب نوری آن ها بدست آمد. سپس بدلیل مناسب نبودن الکترولیتی که در سلولهای رنگدانه ای استفاده می شد، الکترولیتی بر پای گوگرد سنتز نمودیم و با استفاده از این الکترولیت، سلول خورشیدی بر پای نقاط کوانتومی سولفید کادمیم و سلنید کادمیم در حد اشباع شان ساخته شد و با تغییر لای مقابل از پلاتین به سولفید مس، بازده سلولهای ساخته شده به بالای 1درصد افزایش یافت. بررسی تأثیر غلظت محلول های فرایند لایه‌نشانی و همچنین بازپخت نقاط کوانتومی بر مشخصات سلول، کارهای دیگری است که در این مرحله صورت گرفته است. همچنین با رسم نمودار طول عمر بر حسب ولتاژ مدار باز برای دو سلول بر پای نقاط کوانتومی سولفید کادمیم و سلنید کادمیم، مشخصات این دو سلول با یکدیگر مقایسه گردید. به منظور افزایش گستر جذب نور توسط نقاط کوانتومی، هر دو نوع نقطه‌کوانتومی در یک سلول بکار برده شدند و در نتیج آن، افزایش چشمگیری در جریان اتصال کوتاه سلول به وجود آمد و سبب شد بازدهی سلول به نزدیک 2 درصد افزایش یابد. سپس برای یافتن ضخامت مناسب لای دی اکسید تیتانیم، سلولهای متفاوتی ساخته شد و با بهینه نمودن ضخامت، بازدهی سلول را تا 2/5 درصد افزایش دادیم. در ادام این پژوهش، تأثیر تعداد دورهای متفاوت لایه‌نشانی سولفید روی بر مشخصات سلول مورد بررسی قرار گرفت و توانستیم به کمک این بررسی، بازدهی سلول ترکیبی از هردو نوع نقطه‌کوانتومی را تا 3/4 درصد افزایش دهیم. مشکلی که همچنان در سلول‌هایمان وجود داشت، ضریب پرشدگی پایین بود که برای حل این مشکل، آلاییدگی گازهای مختلفی همچون اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن بر روی نقاط کوانتومی سولفید کادمیم و تأثیر آن بر مشخصات سلول مورد بررسی قرارگرفت. بدین منظور لای شامل نقاط کوانتومی سولفید کادمیم تحت گازهای ذکرشده قرارگرفت. پس از ساخت سلولهای این لایه ها مشاهده گردید که ضریب پرشدگی تمامی‌سلول‌ها به میزان قابل توجهی افزایش یافت. این افزایش را به لای سد ی که این گازها بر سر راه بازترکیب الکترون‌های برانگیخته شده و حفره‌های الکترولیت ایجاد کرده اند، نسبت دادیم. همین لای سد ی موجب کاهش جریان اتصال کوتاه درمورد تمامی‌گازها شد؛ اما برای سلولی که با گاز اکسیژن آلاییده شده بود، به‌دلیل افزایشی که در میزان جذب نور رخ داد، کاهش کمتری در جریان اتصال کوتاه اتفاق افتاد و در مجموع بازدهی سلول افزایش یافت. نمودار طول عمر الکترون برحسب ولتاژ مدار باز سلول با گازهای مختلف نیز رسم شد و بحثی راجع به عدم تطابق آن با تغییر ضریب پرشدگی سلول‌ها صورت گرفت. در آخرین مرحله نیز، سلول ترکیبی از دو نوع نقطه‌کوانتومی تحت گاز اکسیژن مورد مطالعه قرارگرفت. در قسمت دیگری از این پژوهش به‌منظور افزایش جذب نور ازطریق پلاسمون سطحی نانوذرات فلزی، نانوذرات نقره در ساختار دی‌اکسیدتیتانیم نفوذ داده شد و با گرفتن آزمون‌هایی همچون XPS و XRD ایجاد پیوند میان اتم‌های نقره با تیتانیم تأیید گردید. کلید واژه: سلول خورشیدی نقطه‌کوانتومی، نانوساختارهای دی‌اکسیدتیتانیم، سولفیدکادمیم، سلنیدکادمیم، ضریب پرشدگی، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ مدار باز
- Abstract
- Nowadays, Quantum dot solar cell, which is one of the most important kinds of solar cells, has caught the attention of many researchers. Lots of efforts have been taken place to increase the efficiency of these cells and to provide the tendency for them to be applicable in industry. In this work, we will study on two kinds of most prevalently useful quantum dots to improve the efficiency of this generation of solar cells. First of all, we reached the method of synthesis of CdS and CdSe using the successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) approach. Second, saturation limit of deposition using this method for both kinds was found by studying the absorption spectra. Third, we prepared an electrolyte based on sulfur. Then CdS and CdSe quantum dot solar cells were fabricated on their saturation limits. Converting the counter electrode from pt to CuS, the efficiency was increased more than 1 percent. Investigation of the effect of deposition solution molarity also quantum dot annealing on the characteristics of the cell were other works that performed during this study. Sketching the graph of life time versus open circuit voltage for CdS and CdSe quantum dot solar cells, characteristics of these two cells were compared. In order to enlarge the light absorption width, both of them were applied in unique cell. Subsequently, remarkable increase in short circuit current was observed which led to efficiency about 2 percent. To determine the optimal Point, cells with variety of thicknesses was fabricated and with optimizing the thickness, the efficiency was improved to 2.5 percent. In addition, the effect of number of ZnS SILAR deposition on the properties of cell was investigated and regarding to the out coming results, we became able to enhance the efficiency to 3.4 percent. To solve the problem of low fill factor, CdS quantum dots were exposed to different gasses for instance: O2, N2 and H2. Furthermore, its effects on the characteristics of cells were monitored. Gas exposure on the cell resulted in dramatically enhancement in fill factors for all the cells. This phenomenon could be attributed to the block layer preventing the recombination of excited electrons in quantum dot with the holes in electrolyte. The mentioned layer decreased the short circuit current in all cells with different amounts. Increasing the light absorption in the case exposed to the oxygen gas, it diminished the current in this cell less than other. As a result, the multiplication of these two factors, fill factor and shot circuit current, affecting the efficiency increased. Considering the Life time versus open circuit voltage curve for different gasses, a brief explanation about the reason of fill factor change was given. Finally, a CdS and CdSe quantum dot solar cells were exposed to the O2 and efficiency improved due to increase of fill factor. Key words: Quantum dot solar cell, open circuit voltage, short circuit current, fill factor, light absorption, block layer, SILAR, CdS and CdSe.
