بررسی و مقایسه اثر تغییر ابعاد نانوذرات tio2 بر کارایی سلولهای خورشیدی رنگدانه ای طبیعی

سال هاست که سلول های فوتوولتائیک برای تبدیل مستقیم نور خورشید به الکتریسیته به کارمی روند. سلول های خورشیدی حساس شده با رنگدانه، از نسل سوم سلول های فوتوولتائیک به شمار می آیند که در سال های اخیر به علت سهولت ساخت و کارایی مناسب، مورد توجه قرار گرفته اند. فوتوالکترود این سلول ها از یک نوع نیمه رسانا نانو ساختار متخلخل (در اکثر موارد نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم) که با یک لایه رنگ جاذب نور مرئی پوشیده شده، تشکیل شده است. رنگدانه های طبیعی به علت ارزان بودن و منابع فراوان و کارایی نسبتاٌ قابل قبول به عنوان حساس کننده جایگزین مناسبی برای رنگدانه های صنعتی گران قیمت می باشند. در این رساله اثر تغییر اندازه ی نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم بر کارایی سلول های خورشیدی حساس شده به رنگدانه ی طبیعی بررسی شد. برای انتخاب رنگدانه بهینه، از رنگدانه های طبیعی موجود در ریشه ی گیاه چغندر، گل یونجه و آب میوه ی انار در حلال های متفاوت استفاده شد. بهترین بازدهی برای سلول حساس شده با رنگدانه ی موجود در آب انار با ph یک به دست آمد. سپس از کربن، پلاتین، pedot:pss و مخلوط pedot:pss و نانوذرات tio2 به عنوان کاتالیزور در الکترود مقابل استفاده شد و اثر کاتالیستی این مواد در احیاء تری یدید موجود در الکترولیت بررسی شد. در مرحله ی بعد از نانوذرات tio2 با اندازه های 25 و 100 نانومتر و مخلوط آنها به عنوان انتقال دهنده ی الکترون در فوتوالکترود استفاده شد و سلول های ساخته شده با این نانوذرات مشخصه یابی و نمودار i-v آنها رسم شد. نتایج حاصل بهترین بازدهی را برای نمونه ی ساخته شده بر اساس مخلوط نانوذرات 25 و100 نانومتر نشان می دهد. زیرا استفاده از نانوذرات با اندازه 25 نانومتر جذب سطحی رنگدانه را افزایش می دهد و افزودن دی اکسید تیتانیوم 100نانومتر باعث پراکننده کردن نور در سطح فوتوالکترود و در نتیجه جذب بیشتر فوتون می گردد. بنابراین با استفاده از مخلوط نانوذرات 25 و 100 نانومتر می توان کارایی سلول رنگدانه ای را افزایش داد. در پایان از ذرات tio2 با اندازه های 100 و 400 نانومتر به عنوان پراکننده گر و دومین لایه در فوتوالکترود استفاده شد. بهترین کارایی برای نمونه ساخته شده بر اساس ذرات 400 نانومتر به عنوان پراکننده گر مشاهده شد. استفاده از نانوذرات با اندازه های بزرگتر باعث می شود که طول مسیر نور در بین نانوذرات tio2 افزایش یابد و در نتیجه فوتون بیشتری جذب رنگدانه ی موجود در سطح نیمه رسانا شود.