Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ershad Parvazian
ارشاد پروازیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Development of Dye Sensitized Solar Cells Based on TiO2-MWCNT Nanocomposite and Its Characterization
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) use the effect of light on dye molecules to generate electricity through a photo-electrochemical mechanism. This study aims to synthesize ano-structured DSSCs based on TiO 2 nano-particles to improve their performance and efficiency. Hence, this project studies the various manufacturing conditions of these solar cells especially in the field of specifying the optimized anodic layer thickness, producing a composite with the optimized percentage of second phase material in the anode layer and also to specify the long-term stability factor of the prepared solar cells. First, DSSCs with different thicknesses of 9, 18 and 27 µm for the anodic layer were produced and tested. The optimal thickness of anodic layer for achieving maximum conversion efficiency was determined to be 18 µm. In the next step, TiO 2 -MWCNT paste was prepared using multi-walled carbon nano-tubes as additive material. TiO 2 -MWCNT paste ithe precursor for the preparation of porous anodic film. This paste was prepared with different weight percentages (1-4wt%) of multi-walled carbon nano-tubes in titanium dioxide nano-particles. The photovoltaic and electrochemical tests, revealed that the maximum conversion efficiency is from the DSSC of composite anodic electrode with 2 wt% carbon nano-tubes. In addition, photovoltaic and electrochemical behaviors of dye sensitized solar cells based on one layer TiO 2 nano-particles, one layer TiO 2 -2%MWCNT nano-composite and bilayer TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT were comparatively examined. Counting the solar cell with the conversion efficiency of 2.89% as the reference, the DSSC based on TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT bilayer photo electrode had the conversion efficiency of 5.35% which shows 85% improvement in comparison to the reference solar cell. Furthermore, the electrochemical behaviors of these cells were examined. The results for the modeling of inner electrical circuit with the electrochemical impedance spectroscopy examinations also indicate that the generated electrons in DSSC on TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT bi-layer have greater electron lifetime, diffusion length, diffusion coefficient and traort resistance in anodic layer. Therefore this cell is appeared to be the most efficient DSSC in this project. Keywords: Dye Sensitized Solar Cell, TiO 2 Thin film, Composite, Nano Structure
سلول های خورشیدی حساس به رنگ از اثر نور بر مولکول های رنگ برای تولید جریان الکتریسیته استفاده می کنند که این عمل بر اساس مکانیزم فتوالکتروشیمیایی انجام می گیرد. فرایند فتوولتائی در این سلول ها، مدل شبیه سازی شده فتوسنتز در گیاهان می باشد. به منظور بهبود کارایی سلول های خورشیدی حساس به رنگ، پژوهش حاضر به بررسی شرایط مختلف تولید این سلول ها به خصوص در زمینه ی تعیین ضخامت بهینه لایه آندی، تولید کامپوزیتی مناسب با درصد بهینه از ماده تقویت کننده در لایه ی آندی و همچنین تعیین میزان پایداری و طول عمر سلول خورشیدی حساس به رنگ پرداخته است. در ابتدای پژوهش بواسطه ساخت سلول های خورشیدی حساس به رنگ با لایه های آندی در ضخامت های مختلف 9، 18 و 27 میکرومتر، ضخامت بهینه لایه آندی به منظور بدست آوردن بازده تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در این سلول های خورشیدی حاصل شد. همچنین با استفاده از نانولوله های کربنی چند دیواره به عنوان تقویت کننده، خمیرکامپوزیتی TiO 2 -MWCNT که پیش ماده لازم جهت تهیه لایه متخلخل آندی توسعه یافته می باشد مهیا گردید. خمیر مذکور با درصدهای وزنی مختلف (1-4% وزنی) نانولوله های کربنی چند دیواره در ریزساختار نانوذرات دی اکسید تیتانیوم تهیه شد. طبق نتایج آزمون های فتو ولتایی و الکتروشیمیایی، مناسبت ترین بازده تبدیل و بیشترین کارایی فتو ولتایی، مربوط به سلول خورشیدی حساس به رنگ بر پایه فتو الکترود کامپوزیتی با 2% وزنی نانولوله کربنی بدست آمد. همچنین ضخامت بهینه لایه آندی به منظور تعیین بیشترین بازده تبدیل در حالت 18 میکرومتر بود. در ادامه پژوهش به بررسی و مقایسه رفتار فتو الکتریکی سلول های خورشیدی حساس به رنگ بر اساس فتو الکترود هایی با تک لایه آندی TiO 2 ، تک لایه آندی کامپوزیتی TiO 2 -2%MWCNT و دو لایه آندی TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT پرداخته شد. در نهایت با مقایسه بازده تبدیل تمامی سلول های خورشیدی حساس به رنگ ساخته شده در پژوهش، مشخص گردید سلول خورشیدی حساس به رنگ بر پایه فتو الکترود دو لایه کامپوزیتی TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT دارای بازده تبدیل 35/5% بوده که در مقایسه با سلول خورشیدی حساس به رنگ مرجع با بازدهی 89/2% دارای 85% بهبود بازدهی است. همچنین رفتار الکتروشیمیایی این سلول ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از مدل سازی رفتار الکترون ها درون سلول های خورشیدی تهیه شده نیز بیانگر این مطلب بود که الکترون ها درون سلول خورشیدی حساس به رنگ بر پایه فتو الکترود دو لایه کامپوزیتی TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT دارای طول عمر بیشتر، فاصله نفوذ و ضریب نفوذ مناسب تر و مقاومت الکتریکی کمتر هستند و در نتیجه چگالی جریان تولید شده مناسب تر است. در نهایت، در پژوهش حاضر در یک بازه زمانی یک ماهه، طول عمر سلول خورشیدی مذکور مورد بررسی قرار گرفت که در این بازه زمانی کاهش بازده تبدیل در حدود 1% مشاهده شد. کلمات کلیدی سلول خورشیدی حساس به رنگ، لایه ی نازک دی اکسید تیتانیوم، کامپوزیت، نانوساختار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی