بررسی اثر نانوساختار متخلخل tio2 بر بازده سلول خورشیدی حساس شده با رنگدانه

این پژوهش با هدف بررسی اثر نانو ساختار متخلخل tio2 بر بازده سلول خورشیدی حساس شده با رنگدانه انجام شد. بدین منظور نانوکره های کربنی در قطرهای مختلف و خمیری از نانوذرات tio2 با استفاده از روش گرمابی ساخته شدند. تأثیر میزان غلظت محلول گلوکز، دما و زمان فرآیند رشد گرمابی بر قطر نانوکره های کربن مورد بررسی قرار گرفت و نانوکره های کربن با قطرهای مختلف ساخته شد. از نانوکره های کربن به عنوان عامل ایجاد تخلخل استفاده گردید. بدین صورت که، نانوکره های کربن با درصد وزنی و قطر های مختلف با خمیر نانوذرات اکسیدتیتانیوم ترکیب شدند. در طی فرآیند پختِ نانوذرات tio2، نانوکره های کربنی با اکسیژن ترکیب شده و بصورت گاز دی اکسیدکربن از ماده خارج می شوند. این امر باعث متخلخل شدن لایه نازک tio2 می شود. تخلخل ایجاد شده موجب پراکندگی بیشتر نور و درنتیجه به دام انداختن آن می شود. به دلیل افزایش سطح tio2 ، میزان جذب رنگدانه بر سطح افزایش یافته و جذب بیشتر نور را موجب می گردد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fe-sem) تخلخل را به خوبی نشان دادند. طیف سنجی مرئی- فرابنفش نیز، تغییرات میزان رنگدانه ی جذب شده به ازای درصدوزنی و قطرهای مختلف نانوکره های کربنی ترکیب شده با tio2 و در نتیجه تخلخل های متفاوت ایجاد شده را تأیید کردند. برای تعیین میزان زبری سطح از فرآیند جذب و واجذب رنگدانه استفاده شد. نتایج حاصل از این آزمایش، افزایش سطح واقعی به ازای ترکیب 2 درصدوزنی نانوکره های کربن با tio2 و کاهش سطح به ازای درصد وزنی های بالاتر از 2 درصد را نشان دادند. برای مشخصه یابی، سلول های خورشیدی حساس شده با رنگدانه، تحت تابش نور شبیه سازی شده ی خورشید (5/1am) قرار گرفتند. نتایج حاصل از مشخصه یابی چگالی جریان-ولتاژ (j-v)، نشان داد که بازدهی سلول خورشیدی، به میزان تخلخل ایجاد شده در سلول بستگی دارد. بالاترین بازده به دست آمده 5.09 درصد است که به سلول ساخته شده با ترکیب 2 درصدوزنی نانوکره های کربنی با tio2 مربوط است.