عنوان

سنتز فیلم های شفاف چندمنظوره ی فتوکاتالیستی مبتنی بر تیتانیوم جهت بهبود عملکرد پوشش سلول های خورشیدی

شماره

پ۲۸۴۰۷

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

سنتز فیلم های شفاف چندمنظوره ی فتوکاتالیستی مبتنی بر تیتانیوم جهت بهبود عملکرد پوشش سلول های خورشیدی

نام نخستين پديدآور

اعظم سیفی نادرگلی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

شیمی

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۱

نام خاص و کميت اثر

۵۱ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

شیمی کاربردی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۱/۱۱/۱۹

متن يادداشت

اخیراً استفاده از پنل های خورشیدی به عنوان سیستم های مدرن تولید برق، رشد فزاینده ای داشته است. در کنار برتری این سیستم‌ها نسبت به سیستم‌های سنتی، راه‌اندازی آنها با موانع محدودکننده‌ای مواجه شده است که از جمله آن‌ها می‌توان به کاهش بازده ناشی از گرد و غبار سطحی در طول زمان و همچنین بازتاب نور از سطح بیرونی آرایه‌های خورشیدی اشاره کرد. یکی از کارآمدترین راه حل ها برای مشکل اول استفاده از فیلم های نازک شفاف خود تمیز شونده بر روی پوشش بیرونی پنل¬ها است. در مطالعه حاضر، فیلم‌های نازک و فوق‌آب‌دوست بسیار شفاف TiO2 خالص، دوپه ‌شده بروش پوشش¬دهی سل-ژل/ دیپ کوتینگ با استفاده از Sr، Ce و نانولوله‌های کربنی چند دیواره به عنوان ناخالصی برای افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی پوشش‌ها ساخته شدند. برخی از شرایط عملیاتی نیز بهینه شدند. فیلم¬های به‌دست‌آمده با روش¬های پراش پرتو ایکس زاویه کوچک (GIXRD)، طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM)، و اندازه‌گیری زاویه تماس (CA) مشخصه¬یابی شدند. خواص نوری لایه های نازک با استفاده از اسپکتروفتومتری UV-Vis مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج آنالیزهای SEM و AFM، لایه‌های استوکیومتری TiO2 در فاز آناتاز با اندازه ذرات تقریبی 100 نانومتر متبلور شدند که به طور یکنواخت بر روی بستر شیشه‌ای توزیع شدند. فیلم های تهیه شده با زبری تقریبی 5-1 نانومتر، آب دوستی سطح شیشه را افزایش دادند. کاهش مقدار پیش¬ماده¬ی Ti (X) باعث بهبود کیفیت فیلم شد. برای بهبود فعالیت فوتوکاتالیستی لایه نازک TiO2، با یون‌های فلزی Ni، Cd، Mo، Bi و Sr دوپه شد. اثر دوپینگ فلز بر فعالیت فوتوکاتالیستی فیلم ها با استفاده از فرآیند حذف رنگ متیلن بلو (MB) به عنوان آلاینده مدل مورد بررسی قرار گرفت. در بین پوشش های آماده شده، فیلم Sr-TiO2 بالاترین کارایی را برای تخریب MB نشان داده، راندمان تخریب رنگ فیلم ها را در هر دو نور UV و Vis افزایش داد. در مرحله بعد، تأثیر حلال بر کیفیت فیلم بررسی شد. مشاهده شد که در حضور آب به عنوان حلال دوم، بلورینگی فیلم افزایش یافته است. فیلم TiO2 بهینه به‌دست‌آمده با Sr و Ce دوپه شد. با توجه به داده‌های به‌دست‌آمده از روش‌های مشخصه‌یابی، اندازه ذرات و زبری سطح برای لایه‌های نازک TiO2 و Sr,Ce-TiO2 به ترتیب در محدوده 30-20 و 50-40 نانومتر و 71/1 و 95/1 نانومتر بود. در حالی که CA بستر شیشه ای 49.55 درجه بود، مقادیر CA تمام فیلم های خالص و دوپه شده کمتر از 5 درجه بود، که ثابت کرد لایه های نازک آماده شده فوق آبدوست هستند. با توجه به نتایج، دوپه کردن همزمان فیلم TiO2 توسط Sr و Ce راندمان حذف MBرا تحت نور فرابنفش از 42.2٪ به 66.2٪ و تحت نور مرئی از 17.8٪ به 42.8٪ افزایش داد. برای بهبود بیشتر فعالیت فوتوکاتالیستی فیلم نازک تحت نور Vis، MWCNT نیز به ساختار معرفی شد که DE٪ را به ترتیب به 78.8٪ و 56.0٪ در زیر نورهای UV و Vis افزایش داد. با توجه به مطالعات سینتیکی، فرآیند تخریب از مدل شبه مرتبه اول پیروی می‌کند و شیب نمودار ln(C0/Ct) در مقابل زمان به عنوان ثابت سرعت فرآیند تخریب در نظر گرفته می‌شود. برای کاهش انعکاس نور از سطح بستر شیشه¬ای، فیلم¬های نازک ضد انعکاس SiO2 تهیه و روی سطح شیشه و زیر لایه¬ی خود تمیز شونده بالایی نشانده شد. نشان داده شد که وقتی لایه‌های ضد انعکاس SiO2 در دو طرف بستر پوشانده شدند، شفافیت شیشه افزایش یافت و بازتاب کمتر بود.

متن يادداشت

Abstract:Recently, application of solar panels, as modern systems of electricity production, has been increasingly growing. Along with the superiorities of these systems over traditional ones, their setups have encountered some limiting obstacles, among which can be mentioned the yield loss due to the surface dusting over time and also, light reflection from the outer surface of the solar arrays. One of the most efficient solutions to the first problem is application of self-cleaning transparent thin films on the outer cover of the panels. In the present study, highly transparent superhydrophilic bare, doped, and co-doped TiO2 thin films were fabricated via sol-gel/dip coating method applying Sr, Ce and multiwalled carbon nanotubes as dopants to increase the photocatalytic activity of the coatings. Some operational conditions were also optimized.The obtained thin films were characterized by grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), Atomic force microscopy (AFM), and contact angle (CA) measurement. The optical properties of the thin films were analyzed by UV-Vis spectrophotometry. The stoichiometric TiO2 films crystallized in anatase phase, with a particle size of ~100 nm, which were uniformly distributed on the glass substrate, according to the results of SEM and AFM analyses. The prepared films with a roughness of ~1-5 nm, increased the hydrophilicity of the glass surface. Reducing the amount of Ti precursor (X) favored the improvement of film quality. To improve the photocatalytic activity of the TiO2 thin film, it was doped with Ni, Cd, Mo, Bi and Sr metal ions. The effect of metal doping on the photocatalytic activity of the films was investigated using the degradation process of methylene blue (MB) dye as the model contaminant. Among the prepared coatings, the Sr-TiO2 film showed the highest efficiency for MB degradation. It increased the dye degradation efficiency of the films under both UV and Vis lights. In the following step, the effect of solvent on the film quality was investigated. It was observed that, in the presence of water as the second solvent, the film crystallinity was increased. The obtained optimum TiO2 film was co-doped with Sr and Ce. According to the data obtained from the characterization methods, the particle size and surface roughness for bare TiO2 and Sr,Ce-TiO2 thin films were in the range of 20-30 and 40-50 nm, and 1.71 and 1.95 nm, respectively. While the CA of the glass substrate was 49.55°, the CA values of all the bare, and doped films were less than 5°, which proved the prepared thin films to be superhydrophilic. According to the results, co-doping the TiO2 film by Sr and Ce increased the degradation efficiency (DE%) of the MB from 42.2% to 66.2%. under UV light and from 17.8% to 42.8% under Vis light. For further improving the photocatalytic activity of the thin film under Vis light, CNT was also introduced to the structure which increased the DE% to 78.8% and 56.0% under UV and Vis lights, respectively. According to the kinetic studies, the degradation process followed pseudo-first order model and the slope of the ln(C0/Ct) vs time plot was considered as the rate constant of the degradation process.For decreasing the light reflection from the surface of the glass substrate, anti-reflection SiO2 thin films were prepared and coated on the glass surface under the upper self-cleaning film. It was showed that, when the SiO2 antireflection films were coated on both sides of the substrate, the transparency of the glass was increased, and the reflection was less.

عنوان گونه گون

Synthesis of transparent multi-functional titanium-based photocatalytic films for efficiency improvement of the solar cell coatings

عنصر شناسه اي

‏سیفی نادرگلی،

ساير عناصر نام

‏اعظم

کد نقش

تهیه کننده

عنصر شناسه اي

‏سالاری،

عنصر شناسه اي

نیایی،

عنصر شناسه اي

ختائی،

ساير عناصر نام

‏داریوش

ساير عناصر نام

‏علیقلی

ساير عناصر نام

‏ علیرضا

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏ تبریز