فهرست

بررسی تاثیر ضخامت لایه متشکل از نانوذرات TiO2 تهیه شده به روش هایدروترمال بر عملکرد سلول‌های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی CdS

نشریه: پاییز ۱۳۹۷ - مقاله 11   صفحات :  287 تا 294



کد مقاله:
nm-379

مولفین:
فرزانه آهنگرانی فراهانی: دانشگاه اراک - دانشگاه اراک
مازیار مرندی: دانشگاه اراک - دانشکده فیزیک


چکیده مقاله:

در این مقاله دو ضخامت مختلف از لایه متشکل از نانوذرات TiO2 در ساخت سلول‌های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی به کار گرفته می‌شود. نانوذرات TiO2 به روش هایدروترمال سنتز شده و در دو ضخامت مختلف 5/0±4 و 5/0±10 میکرومتر بر سطح زیر لایه شیشه/هادی شفاف جایگذاری می‌گردند. به منظور حساس سازی فوتوآند، نقاط کوانتومی CdS به روش جذب متوالی لایه های یونی و انجام واکنش سیلار بر سطح فوتوآند رشد داده می‌شوند. هم چنین به منظور یافتن بهینه چرخه لایه نشانی نقاط کوانتومی CdS فرآیند لایه نشانی در چرخه های 7-2 ادامه پیدا می‌کند. نتایج نشان داد که بهترین سلول خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی CdS در طی 6 دوره لایه نشانی بر لایه 10 میکرومتری از نانوذرات TiO2 بدست ‌آمد. این سلول خورشیدی دارای پارامتر‌‌های فوتوولتایی جریان مدار کوتاه Jsc 93/6 میلی آمپر/سانتی متر مربع ، ولتاژ مدار باز Voc 610 میلی ولت و بازدهی تبدیل انرژی 76/1 می‌باشد. همچنین با توجه به نتایج آنالیز EIS، در مورد بهینه سلول خورشیدی میزان Cµ به مقدار 240 میکرو فاراد افزایش یافت که این نشان دهنده افزایش میزان بار الکتریکی در لایه فوتوآند و هم چنین افزایش انتقالات الکترونی است. هم چنین طول عمر حامل‌های بار در این سلول برابر 9 میلی ثانیه بود.


Article's English abstract:

In this research two different diameter of TiO2 nanocrystal layer were employed in quantum dot sensitized solar cells. Hydrothermally TiO2 nanoparticles in different diameters 4±0.5 and 10±0.5 µm were deposited on FTO glass substrate as the photoanode scaffold. For sensitizing the photoanodes, CdS QDs were grown on the surface of photoanode through the Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction SILAR method. The results demonstrated that the maximum efficiency was achieved for the cell with a photoanode made of 6 cycles of CdS deposition on 10 µm layer of TiO2 nanoparticles. The photovoltaic parameters of this cell were measured as Jsc of 6.93 mA/cm2, Voc of 610 mv and energy conversion efficiency of 1.76. Also, according to the results of the EIS analysis, for this solar cell, the Cμ value increased to 240 µF, indicating an increase in the charge load in the photoanode and an increase in electron transfer. The lifetime of the load carriers in this cell was 9 ms, too.


کلید واژگان:
نانوذرات TiO2، روش هایدروترمال، سلول خورشیدی، نقاط کوانتومی CdS

English Keywords:
TiO2 nanoparticles, hydrothermal method, solar cell, CdS quantum dot

منابع:

English References:
[1] I. Hod, A. Zaban, “Materials and interfaces in quantum dot sensitized solar cells: challenges, advances and prospects”, Langmuir, vol.30, pp.7264–7273,2014. [2] A.J. Nozik, “Exciton multiplication and relaxation dynamics in quantum dots: applications to ultrahigh-efficiency solar photon conversion”, Inorganic Chem., vol.44, pp. 6893–6899,2005. [3] C.H. Chang, Y.L. Lee, “Chemical bath deposition of CdS quantum dots onto mesoscopic TiO2 films for application in quantum-dot-sensitized solar cells”, Appl. Phys. Lett., vol.91,pp.053503-1–053503-3,2007. [4] J. Tian and G. Cao, “Semiconductor quantum dot-sensitized solar cells”, Nano reviews, vol.4,2013. [5] I. Robel, V. Subramanian, M. Kuno and P. V. Kamat, “Quantum Dot Solar Cells. Harvesting Light Energy with CdSe Nanocrystals Molecularly Linked to Mesoscopic TiO2 Films”, J. Am. Chem. Soc., vol.128,pp.2385–2393,2006. [6] S. Lee, H. Jin, D. Kim, K. Song, S. Oh, S. Kim, “Enhanced power conversion efficiency of quantum dot sensitized solar cells with near single-crystalline TiO2 nanohelixes used as photoanodes”, Optics Express, vol.22,pp.867-879,2014. [7] P. V. Kamat, K.Tvrdy, D. Baker, J. Radich,” Beyond photovoltaics: semiconductor nan architectures for liquid-junction solar cells”, Chem. Rev, vol.110,pp.6664-6688,2010. [8] W. Jingyang, Z. Tianjin, W. Qingqing, W. Duofa, P. Ruikun, X. Hanming, “Composite Semiconductor Quantum Dots CdSe/CdS Co-sensitized TiO2 nanorod Array Solar Cells”, Journal of Wuhan University of Technology-Mater, vol.27,pp. 876-880,2012. [9] Y. Lai, Z. Lin, D. Zheng, L. Chi, R. Du, Ch. Lin, “CdSe/CdS quantum dots co-sensitized TiO2 nanotube array photoelectrode for highly efficient solar cells”, Electrochimica Acta, vol.79,pp.175– 181,2012. [10] G. Xiuquan, S. Duanming, Zh. Yulong, Q. Yinghuai, Rare Metal Materials and Engineering, vol.43,pp.0525-0529,2014. [11] Y. Lee and Y. Lo,” Highly Efficient Quantum-Dot-Sensitized Solar Cell Based on Co-Sensitization of CdS/CdSe”, Adv. Funct. Mater., vol.19,pp.604–609,2009. [12] C. Justin Raj, S.N, K.V. Hemalatha, S.K. Kim, K. Prabakar, H. Kim,” Improved photovoltaic performance of CdSe/CdS/PbS quantum dot sensitized ZnO nanorod array solar cell”, Journal of Power Sources, vol.248,pp.439-446,2014. [13] C. Cui, Y. Qiu, J. Zhao, B. Lu, H. Hu, Y. Yang, N. Ma, Sh. Xu, L. Xu, X. Li, “A comparative study on the quantum-dot-sensitized, dye-sensitized and co-sensitized solar cells based on hollow spheres embedded porous TiO2 photoanodes”, Electrochimica Acta,Vol.173,pp. 551-558,2015. [14] M. Abdul Muthalif, Y. Lee, Ch.D. Sunesh, H. Kim, Y. Choe,” Enhanced photovoltaic performance of quantum dot-sensitized solar cells with a progressive reduction of recombination using Cu-doped CdS quantum dots”, Applied Surface Science, Vol.396,pp.582-589,2017. [15] L. Vesce, R. Riccitelli, G. Soscia, T. M. Brown, A.D. Carlo, A. Reale,” Optimization of nanostructured Titania photoanodes for dye-sensitized solar cells: Study and experimentation of TiCl4 treatment”, Journal of Non-Crystalline Solids, v.356, pp.1958-1961,2010. [16] M. Marandi, S. Feshki, M. Naeimi Sani Sabet, Z. Anajafi and N.Taghavinia,” Synthesis of TiO2 hollow spheres using titanium tetraisopropoxide: Fabrication of high efficiency dye sensitized solar cells with photoanodes of different nanocrystalline TiO2 sub-layers”, RSC Advances, vol.4, pp.58064-58076,2014. [17] M. Marandi, E. Rahmani, F. Ahangarani Farahani,” Optimization of the Photoanode of CdS Quantum Dot Sensitized Solar Cells Using Light-Scattering TiO2 Hollow Spheres”, Journal of Electronic Materials,pp.1-15,2017. [18] M. Adachi, M. Sakamoto, J. Jiu, Y. Ogata, S. Isoda,” Determination of Parameters of Electron Transport in Dye-Sensitized Solar Cells Using Electrochemical Impedance Spectroscopy”, Journal of Physics Chemistry B, vol.28,pp. 13872–13880,2006.



فایل مقاله
تعداد بازدید: 227
تعداد دریافت فایل مقاله : 16



طراحی پرتال (طراحی پورتال): آرانا نتورکطراحی پرتال (طراحی پورتال): آرانا نتورک