استفاده از مایعات یونی در سلولهای خورشیدی
چکیده
یکی از انرژی‌هایی که طی سالها مورد توجه بشر قرار گرفته انرژی بی پایان خورشید است. خورشید منبع عظیم انرژی است و می‌توان گفت منشاء تمام انرژیهای دیگر است. برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته می‌توان از اثر فتوولتائیک با استفاده از سلولهای خورشیدی بهره برد. تابش نور به یک پیوند p – nدر حالت خاصی باعث تولید جفت الکترون - حفره می‌گردد که موجب ایجاد جریان‌های نفوذی و انتشاری در پیوند می‌گردد که اساس کار سلولهای خورشیدی را تشکیل می‌دهد.
ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ ﺷﺒﻜﻪ ﺳﻪ ﺑﻌﺪﻱ ﺍﺯ ﻛﺎﺗﻴﻮﻥﻫﺎ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ ﺑﺎ ﻧﻴﺮﻭﻫﺎﻳﻲ ﻣﺜﻞ ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎﻱ ﻫﻴﺪﺭﻭﮊﻧﻲ، ﻧﻴﺮﻭﻫﺎﻱ ﭘﺮﺍﻛﻨﺪﮔﻲ ﻭ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﺳﺘﺎﺗﻴﻚ ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. بلورهای مایع لیوتروپیک به عنوان قالب برای سنتز نانوساختارهای متخلخل دارای منافذی با اندازه و شکل یکنواخت مورد استفاده قرار گرفته اند. فاز متراکم بلورهای مایع ترموتروپیک نیز محیط مناسبی را برای تهیه ی نانوساختارهای بسپاری منظم و خودآرایی نانوذرات کروی ایجاد مینماید.
گونه‌‌ای از سلول خورشیدی ارزان قیمت متعلق به دسته ی سلولهای خورشیدی لایه نازک مایعات یونی در سلول خورشیدی حساس شده با رنگ است که بخشی از نسل سوم سلولهای خورشیدی را تشکیل می دهند. سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ در آغاز چرخه ی توسعه هستند.
آن چه باعث توسعه ی این نسل از سلول‌‌ها شده، پایین بودن نسبت قیمت بر عملکرد آن هاست که تولید انرژی را به طور چشم گیری مقرون به صرفه کرده است.
مقدمه :
هر روزه رد پای علم شیمی در صنعت، پزشکی، داروسازی، کشاورزی، تجارت و... پر رنگ‌تر می‌شود. در واقع هیچ جنبه‌ای از زندگی بشر نیست که به نوعی با دانش شیمی در ارتباط نباشد
متاسفانه به موازات نقش موثری که صنایع شیمیائی در زندگی روزمره انسان‌ها ایفا می‌کنند اثرات زیان آوری نیز بر ر¬¬¬¬¬¬وی محیط زیست یا سلامتی انسان‌ها باقی می‌گذارند. از این رو حذف یا کاهش اثرات منفی ناشی از فرایندهای شیمیائی وکاهش انتشار مواد خطرناک از جمله دغدغه‌های شیمیدانان است. به این منظور دانشمندان در تلاشند که تا حد امکان خطر ذاتی مواد را کاهش دهند و یا موادی را جایگزین کنند که نقش آلایندگی کمتری داشته و یا آنکه راحت‌تر باز یافت شوند هر نوع فعالیتی در این زمینه" شیمی سبز" خوانده می‌شود شیمی سبز عبارت است از طراحی، توسعه و بکارگیری فرایندها و واکنش‌های مناسب برای کاهش یاحذف مواردی که برای انسان یا محیط زیست خطرناک هستند.
یک دسته از مواد پرکاربرد، حلال هائی هستند که در طی واکنش‌های شیمیائی بکار گرفته می‌شوند این حلالها که اغلب سمی و آتشگیرند در رده مهمترین عوامل آلاینده قرارگرفته‌اند مشکلات ناشی از جداسازی حلالها از محصولات، بازیافت کامل این حلالها مخاطرات زیست محیطی و هزینه‌های هنگفتی که صرف کنترل این حلالها می‌شود توجه محققان را به سمت استفاده از حلال‌های سبز معطوف داشته است.
مایعات یونی دسته جدیدی از ترکیبات شیمیائی هستند که با خواص و ویژگی‌های فوق العاده خود قادر به ایجاد محیط‌های شیمیائی سبز به منظور اجرای فرایندهای شیمیائی و جایگزینی مناسب برای حلالها آلی و معدنی می‌باشند
در این مقاله پس از تشریح ماهیت و ساختار مایعات یونی، ویژگی‌های منحصر بفرد این ترکیبات مورد بررسی قرار گرفته و در آخر به برخی از کاربردهای آنان اشاره شده است.
فهرست مطالب
مقدمه
فصل اول- مایعات یونی
مایعات یونی
مزایای مایعات یونی
ساختار مایعات یونی
مزایای و ویژگی‌های مایعات یونی
خلوص مایعات یونی
نسل‌هایی مختلف از مایعات یونی
نسل اول
نسل دوم
نسل سوم
کاربردهای مایعات یونی
واکنش‌های کاتالیستی
پایداری نانو کاتالیستها در محیط مایع یونی
حلال
الکتروشیمی
استخراج مایع-مایع (Liquid-Liquid Extraction)
معرفی مولکول‌ها و نانو مواد هوشمند
مواد هوشمند وفناوری نانو
انواع مولکول‌ها و نانو مواد هوشمند
مواد هوشمند نوع اول (ترکیبات کرومیک)
مواد فتوکرومیک (Photochromic)
مواد ترموکرومیک (Thermochromic)
مواد مکانوکرومیک (Mechanochromic) و کموکرومیک (Chemochromic)
مواد الکتروکرومیک (Electrochromic)
مواد هوشمند نوع دوم
مواد فتوولتائیک (Photovoltaic)
مواد ترموالکتریک (Thermoelectric)
مواد نورتاب (لومینسانس کننده)
کاربرد نانو مواد هوشمند
کاربرد به عنوان حسگر گاز
استفاده از نانو مواد هوشمند در پزشکی
3 استفاده نانو مواد هوشمند در نساجی
سنتز نانوذرات در مایعات یونی
مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات
استفاده از مایع یونی در سنتز نانو ذرات
روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات
سنتز نانوذرات از طریق رسوب بخار فیزیکی
سنتز نانو ذرات از طریق ریز موج
سنتز نانو ذرات از طریق امواج فراصوت
نانوذرات اصلاح شده با مایعات یونی و کاربرد آنها
روشهای اصلاح سطح توسط مایع یونی
کاربردهای سطوح اصلاح شده با مایع یونی
استفاده به عنوان حسگر
کاربرد در پزشکی
کاربرد در شیمی تجزیه
کروماتوگرافی گازی (GC)
فصل دوم- معرفی باتری‌های لیتیم- یون (Li-Ion Battery)
معرفی باتری‌های لیتیم-یون (Li-Ion Battery)
باتری‌های قابل شارژ
معرفی باتری‌های لیتیم-یون
اجزا باتری‌های لیتیم-یون
عملکرد باتری‌های لیتیم یون
الکترودهای باتری‌های لیتیم-یون
الکترود مثبت
الکترود منفی
الکترولیت و افزودنی‌ها
فصل سوم- سلولهای خورشیدی
سلولهای خورشیدی و سنتز خودآرایی نانوذرات در بلورهای مایع
بلورهای مایع لیوتروپیک به عنوان سورفاکتانت و عوامل انتقال فاز
قالبگیری معکوس
فازهای بلور مایع ترموتروپیک در سنتز نانوذرات
آرایش و سازماندهی با استفاده از بلورهای مایع
تشکیل فاز بلور مایع از نانومواد
نانوذرات آراسته شده با بلور مایع
سوسپانسیون نانومواد یک بعدی در بلورهای مایع ترموتروپیک
کاربردها
فصل چهارم- مایعات یونی در سلولهای خورشیدی
مایعات یونی در سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
معرفی سلولهای خورشیدی و نسل‌های مختلف آن:
تاریخچه و معرفی مایعات یونی در سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
ساختار سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ:
عملکرد مایعات یونی در سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
فصل پنجم- سلولهای خورشیدی متداول
سلولهای خورشیدی متداول
انواع سلولهای خورشیدی
سلولهای خورشیدی متداول
مشخصه‌های جریان- ولتاژ ایده‌آل تحت تاریکی
خواص فوتو ولتایی هنگامی‌که پیوند n-p تحت تابش نور
فصل ششم- سلولهای خورشیدی، مایعات یونی
سلولهای خورشیدی، مقدمه‌ای بر خواص اساسی نیمه رساناها(مایعات یونی)
طیف خورشید و فوتون‌هاPhotons)
گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمه‌رساناها
انتقال حامل در نیمه‌رسانا
بازترکیب (Recombination)
فصل هفتم- سلولهای خورشیدی، مقدمه‌ای بر خواص اساسی نیمه‌رساناها
سلولهای خورشیدی، مقدمه‌ای بر خواص اساسی نیمه رساناها
نیمه‌‌رساناهای ذاتی و غیرذاتیهنگامی‌که الکترون‌ها
فرآیندهای جذب اپتیکیدر این بخش برهم‌کنش‌های فوتون
تفکیک حامل‌های بار در نیمه‌رسانا برای این‌که یک سلول
نتیجه گیری
منابع:
استفاده از مایعات یونی در سلولهای خورشیدی
