Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ershad Parvazian
ارشاد پروازيان

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
چکيده سلول هاي خورشيدي حساس به رنگ از اثر نور بر مولکول هاي رنگ براي توليد جريان الکتريسيته استفاده مي کنند که اين عمل بر اساس مکانيزم فتوالکتروشيميايي انجام مي گيرد. فرايند فتوولتائي در اين سلول ها، مدل شبيه سازي شده فتوسنتز در گياهان مي باشد. به منظور بهبود کارايي سلول هاي خورشيدي حساس به رنگ، پژوهش حاضر به بررسي شرايط مختلف توليد اين سلول ها به خصوص در زمينه ي تعيين ضخامت بهينه لايه آندي، توليد کامپوزيتي مناسب با درصد بهينه از ماده تقويت کننده در لايه ي آندي و همچنين تعيين ميزان پايداري و طول عمر سلول خورشيدي حساس به رنگ پرداخته است. در ابتداي پژوهش بواسطه ساخت سلول هاي خورشيدي حساس به رنگ با لايه هاي آندي در ضخامت هاي مختلف 9، 18 و 27 ميکرومتر، ضخامت بهينه لايه آندي به منظور بدست آوردن بازده تبديل انرژي خورشيدي به الکتريکي در اين سلول هاي خورشيدي حاصل شد. همچنين با استفاده از نانولوله هاي کربني چند ديواره به عنوان تقويت کننده، خميرکامپوزيتي TiO 2 -MWCNT که پيش ماده لازم جهت تهيه لايه متخلخل آندي توسعه يافته مي باشد مهيا گرديد. خمير مذکور با درصدهاي وزني مختلف (1-4% وزني) نانولوله هاي کربني چند ديواره در ريزساختار نانوذرات دي اکسيد تيتانيوم تهيه شد. طبق نتايج آزمون هاي فتو ولتايي و الکتروشيميايي، مناسبت ترين بازده تبديل و بيشترين کارايي فتو ولتايي، مربوط به سلول خورشيدي حساس به رنگ بر پايه فتو الکترود کامپوزيتي با 2% وزني نانولوله کربني بدست آمد. همچنين ضخامت بهينه لايه آندي به منظور تعيين بيشترين بازده تبديل در حالت 18 ميکرومتر بود. در ادامه پژوهش به بررسي و مقايسه رفتار فتو الکتريکي سلول هاي خورشيدي حساس به رنگ بر اساس فتو الکترود هايي با تک لايه آندي TiO 2 ، تک لايه آندي کامپوزيتي TiO 2 -2%MWCNT و دو لايه آندي TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT پرداخته شد. در نهايت با مقايسه بازده تبديل تمامي سلول هاي خورشيدي حساس به رنگ ساخته شده در پژوهش، مشخص گرديد سلول خورشيدي حساس به رنگ بر پايه فتو الکترود دو لايه کامپوزيتي TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT داراي بازده تبديل 35/5% بوده که در مقايسه با سلول خورشيدي حساس به رنگ مرجع با بازدهي 89/2% داراي 85% بهبود بازدهي است. همچنين رفتار الکتروشيميايي اين سلول ها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از مدل سازي رفتار الکترون ها درون سلول هاي خورشيدي تهيه شده نيز بيانگر اين مطلب بود که الکترون ها درون سلول خورشيدي حساس به رنگ بر پايه فتو الکترود دو لايه کامپوزيتي TiO 2 /TiO 2 -2%MWCNT داراي طول عمر بيشتر، فاصله نفوذ و ضريب نفوذ مناسب تر و مقاومت الکتريکي کمتر هستند و در نتيجه چگالي جريان توليد شده مناسب تر است. در نهايت، در پژوهش حاضر در يک بازه زماني يک ماهه، طول عمر سلول خورشيدي مذکور مورد بررسي قرار گرفت که در اين بازه زماني کاهش بازده تبديل در حدود 1% مشاهده شد. کلمات کليدي سلول خورشيدي حساس به رنگ، لايه ي نازک دي اکسيد تيتانيوم، کامپوزيت، نانوساختار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی