عنوان پایان‌نامه
ساخت سلولهای خورشیدی رنگدانه ای بر پایه نانوساختارهای اکسید تیتانیوم (TiO۲)
- رشته تحصیلی
- نانوفناوری-مهندسی الکترونیک
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3030;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77410;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3030;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77410
- تاریخ دفاع
- ۱۳ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- مسعود ایرج
- استاد راهنما
- ابراهیم اصل سلیمانی
- چکیده
- در سلول های خورشیدی رنگدانه ای متعارف، از لایه نانوذره اکسید تیتانیوم، TiO2، به عنوان فوتوآند استفاده می شود که به سبب وجود مرزدانه های متعدد، ترابرد الکترون را کند نموده و احتمال بازترکیب را افزایش می دهد. یکی از راه های غلبه بر این محدودیت که اخیرا مورد توجه محققین قرار گرفته است، به کارگیری نانوساختارهای منظم و یک بعدی TiO2 مانند نانومیله ها و نانولوله ها به جای ساختار نانوذره است. نانوساختارهای یک بعدی منظم، با فراهم نمودن مسیر مستقیم جهت عبور الکترون، موجب بهبود ترابرد الکترون و درنتیجه افزایش بازده جمع آوری الکترون می شوند. لذا این پژوهش با هدف دستیابی به نانوساختارهای یک بعدی و منظم نانومیله و نانولوله TiO2 و ساخت سلول های خورشیدی رنگدانه ای بر پایه آن ها صورت گرفت. بدین منظور نانومیله های منظم و عمودی TiO2 به روش هیدروترمال بر روی بستر رسانا و شفاف FTO رشد داده شد و اثر پارامترهای مختلف رشد بر روی مورفولوژی و ساختار نانومیله ها بررسی شد و شرایط بهینه رشد به دست آمد. همچنین نانولوله های منظم TiO2 نیز به روش اکسایش آندی لایه های نازک تیتانیوم کندوپاش شده بر روی زیرلایه رسانا و شفاف FTO، سنتز شد و شرایط بهینه دستیابی به این نانوساختارها تعیین گردید. سپس سلول های خورشیدی رنگدانه ای مبتنی بر نانومیله ها و نانولوله های TiO2 ساخته شد و عملکرد فوتوولتائیک آنها مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ویژگی های ترابرد الکترون، آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی بر روی سلول ها انجام شد و پارامترهای طول عمر موثر الکترون، ضریب نفوذ موثر و طول نفوذ الکترون در لایه های نانوساختار به دست آمد. مقادیر پارامترهای مرتبط با ترابرد الکترون در نانوساختارهای یک بعدی در حد مطلوب ارزیابی شده و نیز طول نفوذ الکترون بیش از مقدار ضخامت لایه به دست آمد که از ویژگی های سلول های خورشیدی رنگدانه ای با کارآیی مطلوب است.
- Abstract
- In typical dye-sensitized solar cells, a layer of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles is used as the photoanode which slows the electron transport and increases the probability of recombination due to the numerous grain boundaries. Using aligned one-dimensional (1D) TiO2 nanostructures such as nanorods and nanotubes instead of nanoparticles is one of the best solutions to this problem which has recently drawn the attention of researchers. Aligned one-dimensional nanostructures improve the electron transport and thus increase the electron collection efficiency by providing a direct path for electrons to flow. Therefore, this research was conducted with the aim of achieving well-aligned TiO2 nanorods and nanotubes and constructing dye-sensitized solar cells based on these nanostructures. For this purpose, vertically aligned TiO2 nanorods were grown on transparent and conductive FTO substrate by hydrothermal method. The effect of various growth parameters on the morphology and structure of the nanorods was investigated and optimal growth conditions were obtained. Also, self-aligned TiO2 nanotubes were synthesized by the anodic oxidation of sputtered titanium thin films on FTO substrate, and the optimal conditions for achieving these nanostructures were determined. After that, TiO2 nanorod and nanotube based dye-sensitized solar cells were constructed, and their photovoltaic performances were examined. To investigate the electron transport characteristics, electrochemical impedance analysis on the cells, was performed and the effective life time of electrons, the effective diffusion coefficient and the diffusion length of electrons in the 1D nanostructured layers were obtained. The values of the electron transport parameters in nanostructures were evaluated to be in the optimal range. Also, the values obtained for the electron diffusion length were greater than the thickness of the photoanode layer, which is one of the optimal performance dye-sensitized solar cell characteristics. Keywords: dye-sensitized solar cell, titanium dioxide, nanorods, nanotubes, hydrothermal, anodic oxidation
