عنوان

بهبود کارایی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ توسط نقاط کوانتومی کربن و رزونانس پلاسمون سطحی نانو ذرات نقره

Number

پ۲۸۹۸۶

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بهبود کارایی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ توسط نقاط کوانتومی کربن و رزونانس پلاسمون سطحی نانو ذرات نقره

First Statement of Responsibility

علیرضا صبری

Name of Publisher, Distributor, etc.

شیمی

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۲

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۹۱ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

شیمی گرايش آلی

Date of degree

۱۴۰۲/۰۵/۰۴

Text of Note

در تحقیقات جدید در حوزه سلول‌های خورشیدی، تمرکز بر روی افزایش سطح بازده، جذب نور و پایداری و طول عمر در این سیستم‌ها قرار دارد. فتالوسیانین و پورفیرین از جمله رنگدانه¬های مورد استفاده در سلول های خورشیدی رنگدانه¬¬ای هستند که در ناحیه مرئی نوار جذب قوی دارند و ازپایداری شیمیایی و حرارتی مناسبی برخوردارند. برای استفاده از این رنگدانه¬ها، آن¬ها را با گروه¬هایی همچون CO2H ، SO3H، CH3،OCH3 ، NO2، NH2، F، Cl و Br عامل دار کردیم تا اتصال آن با نیمه رسانای3 تیتانیوم دی اکسید راحت¬تر صورت بگیرد. عامل دار کردن رنگدانه¬ها خود کمک زیادی به افزایش راندمان کرد. برای مثال در حالت¬هایی مثل تغییر حساس کننده از ZnTPP به ZnTCPP و ZnTAPP راندمان سیستم از 29/0% به ترتیب به 05/1% و 1% افزایش پیدا کرد. مطالعه تأثیر فلز در حفره مرکزی رنگدانه¬ها با استفاده از روی ، منگنز ، آهن ، کبالت و نیکل نشان داد که این فلز در حفره مرکزی فتالوسیانین نقش مهمی در عملکرد فتوولتائیک سلول های خورشیدی حساس به رنگ دارد. چنانکه با افزایش فلزات نیکل و روی به فتالوسیانین¬ بدون فلز بازده سلول از 22/1% به ترتیب به 04/3 و 44/3 درصد رسید. برای افزایش بازده هر چه بیشتر سلول¬های خورشیدی رنگدانه¬ای از روش¬های چون افزودن نانوذرات پلاسمونی به رنگدانه¬ها و نیز دوپ کردن آن¬ها با ساختارهای نقاط کوانتومی بهره گرفته شد. در این کار پژوهشی از نانوذرات نقره که خاصیت پلاسمونی خاصی از خود نشان داده است، استفاده شد. نتایج نشان داد که نانوذرات نقره هر دو مولفه جریان و ولتاژ سلول خورشیدی را تحت تأثیر قرار می¬دهد. هنگامی که رنگدانه با نانوذرات نقره همراه می¬شود، جریان به طور قابل توجهی به دلیل افزایش جذب نور توسط رنگ به کمک اثر پلاسمونی افزایش می¬یابد و افزایش ولتاژ مدار باز به دلیل ذخیره الکترون در نانوذرات پلاسمونی رخ می¬دهد. نتیجه اندازه گیری¬ها بیانگر تاثیر بسیار بالای نانوذرات نقره بر عملکرد سلول¬های خورشیدی بود. بطوریکه سلول¬ خورشیدی حساس شده با ZnTCPP بازده 05/1% را نشان می¬دهد، در حالی که سلول¬های خورشیدی حساس شده با ZnTCPP-AgNP بازده 14/3 % (افزایش حدود 200٪) را نشان دادند. همچنین رنگدانه-های فتالوسیانین و پورفیرین به همراه نانوذرات نقره و ZIF-8 تهیه شدند. از ساختار ZIF-8 به عنوان پوسته برای نانوذرات نقره استفاده شد که به صورت نوعی بازدارنده عمل کرد و مانع از خوردگی نانوذرات نقره و در نتیجه باعث افزایش طول عمر و پایداری سیستم تهیه شده گردید. برای تایید تشکیل هسته-پوسته Ag@ZIF-8 از دستگاه میکروسکوپ الکترونی استفاده شد که نتایج کاملا گویای درستی سنتز بود. سیستم های حاوی فتالوسیانین و ساختارهای نقاط کوانتومی کربنی نیز تهیه گردید. ساختارهای نقاط کوانتومی نیز تاثیر مشابهی بر افزایش راندمان سیستم¬های تهیه شده داشت. بطوریکه بهترین سیستم از این نوع حساس کننده ها یعنی ZnTCPc@N/Cl-CDs با راندمان 76/3 % به ثبت رسید. با استفاده از مطالعات محاسباتی، تعامل بین مولکول‌های پورفیرین و نانوذرات نقره برای درک خواص الکترونی این سیستم‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که خاصیت الکترونی گروه‌های عاملی بر روی پورفیرین‌ها، مانند ویژگی¬های الکترون کشندگی یا الکترون دهندگی، بر خواص الکترونی سیستم پورفیرین-نانوذرات نقره تأثیر قابل توجهی دارد. به عنوان مثال شدت جریان در سیستم ZnTPP با افزودن گروه‌ عاملی کربوکسیل و تبدیل آن به ZnTCPP از 05/1 به 51/3 میلی آمپر بر سانتی متر مربع تغییر یافت. همچنین با افزودن نقاط کوانتمی به ساختارهای فتالوسیانین انرژی باند آن¬ها به صورت قابل ملاحظه¬ای کاهش می¬یابد، بطوریکه در ساختار NiPc انرژی از 22/2 به 042/0 الکترون ولت تغییر یافت.

Text of Note

Abstract: In recent research on solar cells, the focus is on increasing efficiency, light absorption, and stability and lifespan in these systems. Phthalocyanines and porphyrins are among the dyes used in dye-sensitized solar cells that have strong absorption in the visible region and have suitable chemical and thermal stability. To use these dyes, we functionalized them with groups such as CO2H, SO3H, CH3, OCH3, NO2, NH2, F, Cl, and Br to facilitate their connection with titanium dioxide semiconductor. Functionalizing the dyes greatly helped increase efficiency. For example, in cases like changing the sensitizer from ZnTPP to ZnTCPP and ZnTAPP, the system efficiency increased from 0.29% to 1.05% and 1%, respectively. Studying the effect of metals in the central cavity of the dyes using zinc, manganese, iron, cobalt, and nickel showed that these metals play an important role in the performance of dye-sensitized photovoltaic solar cells. Increasing nickel and zinc in phthalocyanine without metal increased the cell efficiency from 1.22% to 3.04% and 3.44%, respectively. To further increase efficiency, techniques such as adding plasmonic nanoparticles to the dyes and doping them with quantum dot structures were utilized. In this study, silver nanoparticles with unique plasmonic properties were used. The results showed that silver nanoparticles affect both the current and voltage components of the solar cell. When the dye is accompanied by silver nanoparticles, the current increases significantly due to increased light absorption by the dye through plasmonic effects, and the open circuit voltage increases due to electron storage in plasmonic nanoparticles. The measurements confirmed the very high impact of silver nanoparticles on the performance of solar cells. For example, ZnTCPP-sensitized solar cells showed an efficiency of 0.51%, while ZnTCPP-AgNP-sensitized solar cells showed an efficiency of 1.43% (an increase of about 200%). Phthalocyanine and porphyrin dyes were also prepared with silver nanoparticles and ZIF-8 structures. The ZIF-8 structure was used as a shell for silver nanoparticles, acting as a barrier and preventing corrosion of silver nanoparticles, thus increasing the lifespan and stability of the system. The formation of Ag@ZIF-8 core-shell structures was confirmed using an electron microscope, which provided clear evidence of successful synthesis. Systems containing phthalocyanines and quantum dot structures were also prepared. Quantum dot structures had a similar effect on increasing the efficiency of the prepared systems. The results confirmed that quantum dot structures can act as effective sensitizers in phthalocyanine-sensitized solar cells. Computational studies were used to investigate the interaction between porphyrin molecules and silver nanoparticles to understand the electronic properties of these systems. The results showed that the electron properties of functional groups on porphyrins, such as electron-donating or electron-withdrawing characteristics, have a significant impact on the electronic properties of the porphyrin-silver nanoparticle system.

Variant Title

Improving the performance of dye sensitized solar cells by carbon cuantum dots and surface plasmon resonance of silver nanoparticles

Entry Element

‏صبری،

Part of Name Other than Entry Element

‏علیرضا

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

‏قدری،

Entry Element

نمازی،

Part of Name Other than Entry Element

‏رحیم

Part of Name Other than Entry Element

‏ حسن

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز