عنوان

طراحی و بهینه سازی سلول خورشیدی رنگینه با الکترولیت حالت جامد با استفاده از لایه گرافن

‭۱۵۳۳۰پ‬

per

طراحی و بهینه سازی سلول خورشیدی رنگینه با الکترولیت حالت جامد با استفاده از لایه گرافن

/مهسا نریمانی

: مهندسی فناوری های نوین

، ‮‭۱۳۹۴‬

چاپی

کارشناسی ارشد

نانوفناوری

‮‭۱۳۹۳/۱۱/۲۵‬

تبریز

انرژی‌صای که از طریق خورشید به زمین می‌صرسد ‮‭۱۰۰۰۰‬ بار بیشتر از انرژی مورد نیاز انسان است .اگر فقط ‮‭۱/۰‬ درصد از سطح زمین با مبدل‌صهای انرژی خورشیدی پوشیده شوند وتنها ‮‭۱۰‬ درصد بازده داشته باشند برای تامین انرژی مورد نیاز بشر کافی است، پس اهمیت سلول خورشیدی کاملا بارز است .یکی از راهکارهای تامین انرژی که ما در این پایان نامه بدان پرداخته‌صایم، تکنولوژی سلول خورشیدی است .این تکنولوژی که بر پایه تبدیل انرژی نورانی به انرژی الکتریکی بنا نهاده شده است دارای شاخه‌صهای گوناگون و دسته‌صبندی‌صهای مختلف است که ما به نسل سوم از این سلول‌صها یعنی سلول خورشیدی رنگینه بر پایه نانوصذرات دی‌صاکسید تیتانیم ‮‭(TiO۲)‬با پل گرافنی که جایگزینی کم هزینه و خوش‌صآتیه برای دستگاه‌صهای فتوولتائیک بر پایه سیلیکون می‌صباشد خواهیم پرداخت .باصوجود بازده تبدیل نسبتا بالای انرژی خورشید، سلول‌صهای خورشیدی رنگین‍ معمولی از مشکل حاصل از استفاد آن‌صها از الکترولیت مایع حاوی یدید/تری‌صیدید اکساینده-کاهنده که مشکلات جدی از قبیل خوردگی و نشت را دارا می‌صباشد رنج می‌صبرند .برای پیدا کردن جایگزینی برای الکترولیت مایع مبتنی بر ید، به صورت گسترده مطالعاتی انجام گرفته است .در این پایان‌صنامه نشان می‌صدهیم که نیمه‌صهادی با شکاف انرژی مستقیم نوع ‮‭p‬ که تری صیدید صقلع‌ص‍ سزیم ‮‭(CsSnI۳)‬ نام دارد می‌صتواند به عنوان رسانای حفره به جای الکترولیت مایع استفاده شود .از طرفی به‌صعنوان یک نوآوری مواد دوبعدی، گرافن خواص خوبی در علوم برق و مواد نشان داده است که در این پایان‌صنامه گرافن را به‌صعنوان یک پل دوبعدی برای الکترودهای نانوکریستالی سلول خورشیدی رنگینه معرفی کرده‌صایم که انتقال سریعتر الکترون و بازترکیب کمتر با پراکندگی بالای نور از نتایج آن می‌صباشد .از نرم‌صافزار شبیه‌صسازی به‌صنام ‮‭wxAmps‬ که نسخه‌صی جدیدی از نرم‌صافزار معروف سلول خورشیدی به نام‮‭۱D - AMPS‬است برای شبیه‌صسازی رفتار و به‌صدست‌صآوردن نتایج خروجی سلول خورشیدی رنگینه بهره جسته‌صایم .این نرم‌صافزار که نرم‌صافزاری یک بعدی است، اثرات تونل‌صزنی و تونل‌صزنی چندصپیوندی را نیز در شبیه‌سازی لحاظ می‌صکند .پارامترهای الکتریکی و اپتیکی مواد هر لایه از این سلول خورشیدی رنگینه در این نرم‌صافزار وارد شده و نمودارهای زیر بدست آمده و بررسی شده است :چگالی جریان-ولتاژ، انرژی در طول ساختار، چگالی حامل‌صها در طول ساختار، چگالی جریان حامل‌صها در طول ساختار، تولید و بازترکیب در طول ساختار و بازده کوانتومی ساختار نتیجتا پیشنهادی که برای کار در آینده ارائه می‌صشود سلول خورشیدی چندرنگدانه‌صای حالت جامد ترکیب شده با ‮‭CsSnI۲.۹۵F۰.۰۵‬ حاوی ‮‭SnF۲‬ یا دی‌صفلوریدصقلع تزریق شده در آن می‌صباشد که انتقالات الکترونی آن با گرافن سرعت بخشیده شده است .

Renewable energy sources can be one of the few solutions or the only solution for sup-plying the daily increasing energy demand of humankind in a not very far future. We know that all these kinds of energies directly or not directly come from solar energy. One of these techniques that we have talked about that is solar cell technology. This technolo-gy that is based on turning energy of sun light to electrical energy, has different and var-ious types that here at this project we have discussed on third group of solar cells or dye sensitized solar cell (DSSC). This Type of cell that specially uses TiO2 in its structure because of easy assembly and low cost will can play a unique and important rule in so-lar cell market. Despite offering relatively high conversion efficiencies for solar energy, typical dyesensitized solar cells suffer from durability problems that result from their use of organic liquid electrolytes containing the iodide/tri-iodide redox couple, which causes serious problems such as electrode corrosion and electrolyte leakage. Replacements for iodinebased liquid electrolytes have been extensively studied, but the efficiencies of the resulting devices remain low. Here we show that the solution processable p-type direct bandgap semiconductor CsSnI3 can be used for hole conduction in lieu of a liquid electrolyte. The best result that is investigated and simulated here is a solid cell with combination of CsSnI2.95F0.05 doped with SnF2. Also, As a novel two-dimensional (2D) material, graphene shows great benefits in electric and material science. Compared to 1D nanomaterials, it may show more excellent properties. Here, we introduced graphene as 2D bridges into the nanocrystalline electrodes of dye-sensitized solar cells, which brought a faster electron transport and a lower recombination, together with a higher light scattering. On the basis of these advantages, the short-circuit current density was increased by 45 without sacrificing the open-circuit voltage, and the total conversion efficiency was 6.97 , which was increased by 39 , comparing with the nanocrystalline titanium dioxide photoanode, and it was also much better than the 1D nanomaterial composite electrode.At this project, we have used wx-AMPS simulation program that is a new version of well known simulation program of AMPS-1D for simulation and analyze of different factors of solar cells. This software that is a one dimensional software, in addition to all parameters used in AMPS-1D, uses tunneling and hetero junction tunneling effects in simulation.I hope that this project can open a way even very small to the new and clean world that uses natural and renewable energies instead of fossil fuels that are almost running out in some 10 years

نریمانی، مهسا

عباسیان، کریم، استاد راهنما

کیانی، غلامرضا، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی