اختصاصی از
نیک فایل پایان نامه ساخت و مشخصه یابی سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیم سولفید با استفاده از کاتد گرافن دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:99
پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد فیزیک-حالت جامد
فهرست مطالب:
عنوان صفحه
فهرست جدول‌ها د
فهرست شکل‌‌ها ه
پیشگفتار.. 1
فصل 1- مقدمه و سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگدانه 3
1-1- مقدمه.. .............................3
1-2- سلول های خورشیدی رنگدانه ای و ساختار کلی آن ها 5
1-2-1-فتوآند....... 6
1-2-2-الکترولیت اکسایشی – کاهشی 7
1-2-3-الکترود کاتد 8
1-2-4-مکانیسم انتقال بار در سلولهای حساس شده با رنگدانه 8
1-2-5- فرآیند های تزریق، انتقال و بازترکیب در سلولهای رنگدانهای 9
1-3- نتیجهگیری 10
فصل 2- سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی و مروری بر پیشینه تحقیقات........... 12
2-1- مقدمه.. 12
2-2- مفهوم نقاط کوانتومی 12
2-3- عوامل کاهش بازده در سلولهی خورشیدی تک پیوند 13
2-4- رویکردهای متفاوت با بهره گرفتن از ویژگیهای نقاط کوانتومی در طراحیQDSSCs 13
2-4-1-تنظیم گاف انرژی در نقاط کوانتومی 14
2-4-2-اثر حاملهای داغ 15
2-4-3-تولید چندین جفت الکترون-حفره (اکسایتون) 17
2-4-4-سلولهای خورشیدی با نوار میانی 18
2-5- سلولهای خورشیدی بر پایهی نقاط کوانتومی (QDSSCs) 19
2-5-1-ساختار و اصول عملکرد سلول های خورشیدی بر پایهی نقاط کوانتومی 20
2-5-2-اجزای مختلف سلول خورشیدی بر پایه نقاط کوانتومی 21
2-5-2-1-الکترود آند............................... 21
2-5-2-2-نقاط کوانتومی به عنوان حساس کننده و جاذب نور 22
2-5-2-3-الکترولیت اکسایشی کاهشی پلی سولفید 24
2-5-2-4-الکترود مقابل.......................... 25
2-5-3-برهمکنشهای انتقال و عبور الکترون-حفره در سلول های خورشیدی بر پایه نقاط کوانتومی 26
2-6- مقایسهی سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگدانه و نقاط کوانتومی 28
2-6-1-تفاوتهای ساختاری و زمان انتقال بار در DSSCs و SSSCs 29
2-7- مروری بر نقاط کوانتومی به کار برده شده در QDSSCs به عنوان حساس کننده 34
2-8- مروری بر کاتدهای به کار برده شده در QDSSCs 37
2-9- نتیجهگیری 38
فصل 3- ساخت و روش های مشخصه یابی سلول های حساس شده با نقاط کوانتومی 41
3-1- مقدمه.. 41
3-2- مواد و تجهیزات مورد نیاز 41
3-2-1-مواد اولیه 41
3-2-2-تجهیزات مورد استفاده در فرایند ساخت 42
3-3- ساختارکلی سلول های حساس شده با نقاط کوانتومی 43
3-3-1-آماده سازی فوتوآند 44
3-3-1-1- شستشوی زیرلایه........ 44
3-3-1-2-لایه نشانی خمیر نانوذرهای TiO2 به روش دکتر بلید 45
3-3-1-3-پخت حرارتی در کوره........... 47
3-3-1-4-حساسسازی فوتوآند با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید به روش سیلار (SILAR) 47
3-3-1-5-ساخت نقاط کوانتومی CdSe و حساسسازی آند به روش حمام شیمیایی(CBD) 49
3-3-2-آمادهسازی الکترود کاتد 52
3-3-2-1-ساخت کاتد نوع اول از جنسCuS 53
3-3-2-2-ساخت کاتد نوع دوم از جنس PbS 53
3-3-2-3-ساخت کاتد نوع سوم از جنس مس سولفید/ سرب سولفید و سرب سولفید/مس سولفید 54
3-3-2-4-ساخت کاتد با لایه نشانی پی در پی CuS/PbS… به روش سیلار 54
3-3-3-ساخت الکترولیت پلی سولفید برای سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی 55
3-3-4- بستن سلول های QDSSCs 55
3-4- روش های مشخصه یابی فوتوولتایی سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی 57
3-4-1-اندازه گیری منحنی های ولتاژ – جریان 57
3-4-1-1-اندازه گیری منحنی های ولتاژ-جریان در روشنایی 57
3-4-1-2-اندازه گیری بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی و فاکتور کارکرد سلول 57
3-4-1-3-اندازه گیری منحنی های ولتاژ-جریان در تاریکی 58
3-4-2-اندازه گیری افت ولتاژ سلول با زمان 58
3-4-3-طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) 60
فصل 4- تحلیل و نتایج مشخصه یابی سلول های ساخته شده 64
4-1-مقدمه 64
4-2- آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نانو ذرات تیتانیوم اکسید 64
4-3-طیف جذب و عبور آند ها 67
4-4- مشخصه یابی کاتد ها به روش SEM 68
4-5- مشخصات فوتوولتایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتدهای مختلف 71
4-6- بررسی اثر افزایش تعداد سیکل های سیلار در ساخت کاتد های نانو کامپوزیتی 76
4-7-آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی 79
4-7- بررسی گرافن به عنوان کاتد در QDSSCs 81
4-7-1-ساخت کاتد با پوشش گرافن و کامپوزیت آن با سرب سولفید 81
4-7-2-بررسی مشخصه های فوتوولتایی سلول ها با کاتد گرافن / سرب سولفید 82
4-7-3-ساختار ترکیبی گرافن با دیگر ساختار های نانو کامپوزیتی به عنوان کاتد 83
4-8-مقایسه ی کاتد های نانوکامپوزیتی با کاتد های ترکیبی باگرافن 87
فصل 5- نتیجهگیری و پیشنهادات 93
5-1- جمع بندی و نتیجهگیری 93
5-2- پیشنهادات 94
مقالات ارائه شده 95
فهرست مراجع 96
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 2 1 .نقاط کوانتومی مختلف به عنوان حساسکننده در QDSSCs 35
جدول 2 2 . خلاصهای از QDSSCs بر پایهی کاتدهای مختلف. 37
جدول 3 1 .مواد اولیه استفاده شده در تحقیق 41
جدول 4 1 . مشخصات فوتوولتایی سلولهای ساخته شده با کاتدهای مختلف. 73
جدول 4 2. مشخصات فوتولتایی سلول ها با کاتد های نانو کامپوزیتی با تعداد مختلف سیکل سیلار 74
جدول 4 3. مشخصات فتوولتایی سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتدهای نانو کامپوزیتی مس سولفید / سرب سولفید 76
جدول 4 4 . مقاومت سری (Rs) و مقامت انتقال بار (Rct) از کاتد به الکترولیت که از آنالیز EIS اندازهگیری شد. 79
جدول 4 5 . مشخصات فوتوولتایی سلول های ساخته شده با کاتد گرافن/سرب سولفید باافزایش تعداد دفعات لایه نشانی چرخشی گرافن 82
جدول 4 6. مشخصات فوتوولتایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها 84
جدول 4 7. مشخصات فوتولتایی سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن 88
فهرست شکل‌‌ها
عنوان صفحه
شکل 1 1 . طرحوارهای از(a): یک سلولخورشیدی رنگدانهای، (b):دیاگرام انرژی در یک DSSC................5
شکل 1 2 . طرحواره ای از فرایندهای انتقال و بازترکیب در سلولهای خورشیدی رنگدانه ای 9
شکل 2 1 . نمودار شماتیک انرژی نانو ذره که بین حالت مولکولی و ماده توده نیمهرسانا است. 13
شکل 2 2 .(A): تصویر ساختار CdSexS1-x در سلولهای پشت سرهم. (B): نمودار گاف انرژی که نشان میدهد، گافهای انرژی برای بهبود بخشیدن در انتقال بار به صورت آبشاری کنارهم قرار گرفتند. (C) طیف جذب ساختارهایی با نسبتهای متفاوت Se/S و تأثیر این نسبتها بر روی گاف انرژی نقاط کوانتومی 15
شکل 2 3 . واهلش/سرد شدن حاملهای داغ در نیمههادیها و تبدیل انرژی جنبشی حامل به گرما از طریق گسیل فونون 16
شکل 2 4 . تولید چندین جفت الکترون-حفره (MEG) در نقاط کوانتومی به وسیله یونیزاسیون مؤثر 18
شکل 2 5 . وابستگی گاف انرژی نقاط کوانتومی به اندازه ی آن ها. 19
شکل 2 6 .شمای کلی QDSSCs و نحوهی عملکرد آنها 20
شکل 2 7 . تصویر FE-SEM مربوط به نانوذرات 20 نانومتری دی اکسید تیتانیوم بر روی زیر لایهی FTO 21
شکل 2 8 . دو روش جذب مستقیم و جذب به واسطهی مولکول اتصال دهنده . 23
شکل 2 9 .روش لایه نشانی سیلار به صورت شماتیک. 24
شکل 2 10 . زمان انتقال بار برای DSSCs (نمودار بالایی) و برای SSSCs (نمودار پایینی) را نشان میدهد. 29
شکل 2 11 . انتقال بار از یک بلور نیمههادی برانگیخته به یک ذرهی اکسیدی (A). دو ذرهی بلور نیمههادی متصل که تنها یکی از آنها به لایهی اکسیدی متصل است و تولید بار در بلوری که به لایه اکسیدی متصل نیست اتفاق میافتد (B) 32
شکل 2 12 . منحنی بازدهی تولید جریان از تابش فوتون فرودی (IPCE) برای لایههای TiO2 حساس شده با CdS ، که هر بار پوشش شامل غوطه ور کردن TiO2 در پیش ماده Cd2+ و شستشو با آب و فروبردن در محلول آبی سولفیدی و شستشو دوباره میباشد. 33
شکل 2 13 . منحنی IPCE لایهی ZnO/CdSe به ازای دمای مختلف پخت حرارتی (a). طیف XRD الکترودهای ZnO/CdSe برحسب دمای پخت حرارتی که C و H در شکل نشان دهندهی فاز مکعبی و هگزاگونال CdSe میباشد(b) 34
شکل 3 1 شمای کلی سلول خورشیدی بر پایه نانو ذزات تیتانیوم اکسید حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید 44
شکل 3 2 روش پوشش دهی چسب اسکاچ بر روی FTO جهت لایه نشانی به روش دکتر بلید 46
شکل 3 3 روش دکتر بلید نانو ذرات TiO2 46
شکل 3 4 نحوه ی انجام روش سیلار برای لایهنشانی نانوذرات کادمیوم سولفید 48
شکل 3 5 رنگ لایه ها بعد از لایه نشانی کادمیوم سولفید 49
شکل 3 6 نحوهی آماده شدن پیش مادهی سلنیوم درون حمام آب 49
شکل 3 7 تصویر تغییر رنگ پیش ماده سلنیوم به محلولی بی رنگ 50
شکل 3 8 لایه های CdS درون پیش ماده سلنیوم قرار گرفت 51
شکل 3 9 روش سیلار برای لایه نشانی لایه روی سولفید بر روی آندها را نشان میدهد 52
شکل 3 10 تغییر رنگ در اثر لایه نشانی روی سولفید را نشان می دهد 52
شکل 3 11 نحوی سیلار پی در پی مس سولفید و سرب سولفید 54
شکل 3 12.نحوه ی ساخت الکترولیت پلی سولفید 55
شکل 3 13 سلول خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی CdS و CdSe 56
شکل 3 14 منحنی جریان – ولتاژ 57
شکل 3 15. مدار الکتریکی معادل مورد استفاده در مدل کردن امپدانس سلول های خورشیدی 61
شکل 3 16. نمودار امپدانس 61
شکل 4 1 .تصویر SEM از نانوذرات تیتانیوم اکسید شفاف که بر روی FTO لایه نشانی شده است. 65
شکل 4 2 . تصویر SEM نانو ذرات TiO2 شفاف که با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید / کادمیوم سلناید /روی سولفید حساس شدهاند. 65
شکل 4 3 . تصویر SEM از الکترود آند شامل 2 لایه نانوذرات TiO2 و یک لایه نانوذرات با ابعاد 250-400 نانومتری TiO2 که به روش دکتر بلید روی FTO لایه نشانی شدند و نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید / کادمیوم سلناید / روی سولفید که روی سطح این ذرات جذب شدند. 66
شکل 4 4 . نمودار طیف عبوری لایههای TiO2 ، TiO2/CdS و TiO2/CdS/CdSe/ZnS که بر روی FTO را نشانده شده اند. 67
شکل 4 5 . تصویر SEM از لایه ی مس سولفید که با پوشش 6 دوره سیلار بر روی FTO لایه نشانی شده است. 68
شکل 4 6 . تصویر SEM از لایهی سرب سولفید که با پوشش 6 دوره سیلار بر روی FTO لایه نشانی شده است. 69
شکل 4 7 . تصویر SEM از لایه نانوکامپوزیتی CuS/PbS/…/CUS/PbS با 8 دوره لایه نشانی پی در پی به روش سیلار بر روی FTO لایه نشانی شده است. 70
شکل 4 8 . شمای کلی از 5 نوع کاتد ساخته شده را نشان میدهد. 72
شکل 4 9. منحنی جریان – ولتاژ سلول ها با کاتدهای متفاوت مس سولفید و سرب سولفید و نانو کامپوزیت این کاتدها 72
شکل 4 10 . منحنی جریان – ولتاژ سلول ها با کاتدهای متفاوت مس سولفید ، سرب سولفید و نانوکامپوزیت های آن ها در تاریکی 74
شکل 4 11 . منحنی جریان – ولتاژ سلول های ساخته شده با کاتدهای نانو کامپوزیتی مس سولفید /سرب سولفید با تعداد سیکل سیلار مختلف 75
شکل 4 12 . منحنی جریان – ولتاژ در تاریکی سلول های ساخته شده از کاتدهای نانو کامپوزیتی مس سولفید/ سرب سولفید در تعداد سیکل های سیلار مختلف 75
شکل 4 13 . منحنی جریان – ولتاژ (در روشنایی) سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتد های نانو کامپوزیتی 77
شکل 4 14 . منحنی جریان – ولتاژ (در تاریکی) سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتد های نانو کامپوزیتی 78
شکل 4 15 . منحنی افت ولتاژ مدار باز با زمان (در روشنایی) سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتد های نانو کامپوزیتی 78
شکل 4 16 . نمودار نوعی که در آنالیز امپدانس سلول با آن مدل شده است. 79
شکل 4 17 . منحنی جریان – ولتاژ تاریک و بررسی اثر کاتدهای ترکیبی 80
شکل 4 18 . منحنی جریان-ولتاژ در روشنایی سلول های ساخته شده با کاتد گرافن/سرب سولفید باافزایش تعداد دفعات لایه نشانی چرخشی گرافن 82
شکل 4 19 . منحنی جریان – ولتاژ در روشنایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها 85
شکل 4 20 . منحنی جریان – ولتاژ در تاریکی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها 86
شکل 4 21 . منحنی افت ولتاژ مدار باز با زمان در روشنایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها 87
شکل 4 22 . منحنی جریان – ولتاژ (در روشنایی )سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن 89
شکل 4 23 . منحنی جریان – ولتاژ (در تاریکی )سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن. 90
شکل 4 24 . منحنی افت ولتاژ مدار باز در زمان برای سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن 91
چکیده
در این تحقیق به ساخت ومشخصهیابی سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید با استفاده از کاتدهای مختلف از جمله مس سولفید و سرب سولفید و کاتدهای نانوکامپوزیتی با پوششهای پیدرپی از این دو ماده پرداخته میشود. در این پایان نامه به دنبال بهینه کردن مشخصات فوتوولتایی این سلولها بوده با توجه به پایین بودن فاکتور کارکرد در این سلولها و بررسی عوامل بازترکیب با توجه به آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی این سلولها ، با معرفی کاتدهای مؤثر به دنبال افزایش این مشخصه میباشیم. با بهرهگیری از ساختارهای پیدرپی و ترکیبی مس سولفید و سرب سولفید که به روش سیلار لایه نشانی شدند بازدهی این سلولها تا بیش از 3 برابر نسبت به سلولهایی که کاتد آنها مس سولفید یا سرب سولفید است افزایش یافته است یعنی 63/3 % در مقابل 4/0 % و 48/1 %. همچنین فاکتور کارکرد در کاتدهای نانوکامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید/.../مس سولفید/سرب سولفید 2 برابر شده است یعنی 49/0 در مقابل 26/0. به علاوه با بررسی خواص فوتوولتائیک سلولهای خورشیدی به تحلیل کارکرد کاتد گرافن در این سلولها میپردازیم. در این تحقیق از صفحات گرافنی به دلیل دارا بودن ساختار دو بعدی و سطح مؤثر بالا و همچنین رسانایی الکتریکی مناسب و ترکیب آن با مس سولفید/سرب سولفید به منظور افزایش خواص فوتوولتائیک و بازدهی سلولها استفاده شده است. در این جا گرافن به دلیل سطح مؤثر زیادی که فراهم میکند در کاتدهای ترکیبی به عنوان بستری مناسب برای لایهنشانی مس سولفید و سرب سولفید بر روی آن به کار گرفته شده است و بازدهی را از 54/2 % تا 21/3 % افزایش داده است.
کلید واژه: سلول خورشیدی، نقاط کوانتومی، نانو کامپوزیت ، سیلار ، گرافن
پیشگفتار
در این تحقیق به ساخت و مشخصه یابی سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی پرداخته شده است. برای ساخت آند در این سلول ها معمولاً از نانوذرات تیتانیوم اکسید(TiO2) استفاده می شود که بر روی زیر لایههای شفاف و رسانای اکسید قلع آلاییده شده با فلوئور پوشش داده میشوند. در این جا جهت حساسسازی فوتوآندها از نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید استفاده میشود. تا به حال کاتدهای مختلفی برای این سلول ها به کار رفته است. در این پژوهش به بررسی کاتدهای مس سولفید و سرب سولفید و مقایسهی آنها پرداخته شده است و بعد از آن روشی جدید تحت عنوان روش لایه نشانی دورهای برای ساخت نانو کامپوزیت مس سولفید/سرب سولفید به عنوان کاتدی مؤثر در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی با بازدهی بالا معرفی شده است. در این روش کاتدها به روش پوشش پی در پی لایه های مس سولفید و سرب سولفید بر روی شیشههای FTO با روش جذب و واکنش پی در پی یونی (سیلار ) ساخته شدند. با استفاده از کاتد نانو کامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید بازدهی نسبتاً خوبی برای این سلولها به دست آمد که این بازدهی قابل قیاس با کاتد موثر و بهینه شده مس سولفید در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی میباشد.خواص فوتوولتایی این سلولها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسیها نشان داد که بازدهی این سلولها در مقایسه با کاتدهای مس سولفید و سرب سولفید به ترتیب بیش از2 و 3 برابر افزایش یافته است. پس از معرفی این روش به عنوان روشی نوین در ساخت کاتدهای نانو کامپوزیتی به بهینه کردن این کاتدها و بهینه کردن تعداد سیکلهای سیلار مس سولفید/سرب سولفید پرداخته شده است. در ادامه به منظور افزایش بازدهی و بهینه کردن عملکرد این سلول ها صفحات گرافن نیز به عنوان کاتد مورد استفاده قرار گرفت ،صفحات گرافنی به علت دارا بودن ساختار دو بعدی دارای سطح موثر بالا هستند. گرافن همچنین دارای رسانایی الکتریکی قابل مقایسه با فلزات میباشد. با توجه به سطح موثر مناسب و رسانایی قابل توجه، انتظار میرود کاتدهای متشکل از صفحات گرافنی، خواص کاتالیستی مناسبی در حضور الکترولیت مورد استفاده در سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی نشان دهند. بنابراین با توجه به مزایای ذکر شده برای گرافن؛ در این پژوهش به بررسی خواص فوتوولتائیک این سلول ها و تحلیل کارکرد گرافن به عنوان کاتد در این سلولها پرداخته شده است. همچنین نتایج مناسبی که از کاتدهای نانوکامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید در این تحقیق گرفته شده است، منجر به تلفیق این دو کاتد و ارائهی کاتدی ترکیبی از آنها شده است؛ که در اینجا به طور کامل به بررسی و مشخصه یابی خواص فوتوولتایی آنها پرداخته شده است.
دانلود با لینک مستقیم
