تحضير ودراسة خصائص الخلايا الشمسية الصبغية المتحسسة DSSCs == Preparation and Study The Properties of Dye Sensitized Solar Cells
Author name:
علي عبود عبد الحجامي
Supervisor name:
ستار جبار قاسم | باسل علي عبد الله
General topic:
Physics
Specific topic:
Solar Energy Physics
Degree:
Master
University:
University Of Basrah - College Of Science
Language:
Arabic
University location:
Basrah
First pages:
26T1684 - p.pdf
Abstract:
يقدم هذا البحث نوعا من الخلايا الشمسية التي تستخدم صبغة عضوية حساسة للضوء. حيث تستخدم هذه الخلايا غشاءا رقيقا من مادة ثاني اوكسيد التيتانيوم مغطى بطبقة من صبغة عضوية لامتصاص الطاقة الشمسية وتحويلها الى الكترونات حرة بحيث تحقن الى طبقة ثاني اوكسيد التيتانيوم الذي يعمل كجامع للالكترونات. وتتكون ايضا من محلول الكتروليتي للتعويض عن الالكترونات المفقودة من جزيئات الصبغة العضوية. وفي هذه الدراسة جرى تحضير اغشية رقيقة من ثاني اوكسيد التيتانيوم TiO2 بطريقتين, الطريقة الاولى هي طريقة العجينة paste وكان سمك الغشاء المحضر بحدود 30 مايكرومتر والطريقة الثانية هي طريقة Sol - Gel باستخدام جذور التيتانيوم ايثوكسايد Ti(OCH2CH3) وكان سمك الغشاء المحضر بحدود 12 مايكرومتر. وفي كلا الطريقتين لتحضير اغشية TiO2 جرى ترسيبها على القواعد الزجاجية المعدة لذلك لغرض دراسة الخواص البصرية لها مثل الامتصاصية والنفاذية والانعكاسية ومعامل الامتصاص ومعامل الانكسار ومعامل الخمود وثابت العزل العقدي بجزئيه الحقيقي والخيالي وفجوة الطاقة البصرية المباشرة وغير المباشرة, وجرى دراسة الخواص التركيبية والسطحية لهذه الاغشية بواسطة SEM وXRD وAFM. ومن ثم جرى تحضير الانود الضوئي للخلية الشمسية صبغات المالجيت الخضراء والمثلين الزرقاء والرودامين بي المذابة الايثانول كلا على حدة, بعد ذلك نقوم بغمر الاغشية الرقيقة للـ TiO2 المرسبة على ITO المحضرة بالطريقتين (paste وSol - Gel) في محلول الصبغة ثم نستخرجها من محلول الصبغة لتجف لتكون جاهزة لتحضير الخلية الشمسية. حيث كانت المساحة الفعالة للـTiO2 المحضر بطريقة Pasteهي 0.2 سنتمتر مربع, بينما كانت المساحة الفعالة للـTiO2 المحضر بطريقة Sol - Gel هي 0.16 سنتمتر مربع. بعد ذلك تم تحضير القطب المضاد من تحضير عجينة الكاربون. وذلك بصب العجينة على القواعد الزجاجية الموصلة ITO واجراء المعالجة الحرارية له ليكون القطب المضاد جاهز للخلية الاستعمال في الخلية الشمسية. اما الالكتروليت فقد تم تحضيره باذابة الايودين I2 مع يوديد البوتاسيوم في احد المذيبات التالية (ethylene Glycol ,DMSO, ethanol) كلا على حدة لتحضير نماذج مختلفة من الخلايا الشمسية ودراسة الفرق في مميزة الخلايا الشمسية لكل مذيب على حدة. وبعد تحضير اجزاء الخلية بصورة منفردة تم جمعها بطريقة السندويج. وحسبت مميزة (التيار - فولتية) للخلايا باستخدام جهاز قياس الخواص الكهربائية ومصدر ضوء من الزينون, ومنها تم حساب كلا من فولتية الدائرة المفتوحة Voc وتيار الدائرة المغلقة Isc والقدرة العظمى Pmax وعامل الملئ F.Fوكفاءة الخلية η ومقاومة التوازي Rs ومقاومة التوالي Rsh. وفي خطوة اخرى تم اضافة كمية من نترات الفضة الى الالكتروليت لمعرفة تاثيره على معاملات الخلية الناتجة. وكانت افضل كفاءة جرى حسابها للخلية هي ذات صبغة المالكيت الخضراء MG حيث بلغت كفاءتها 0.741% لخلية ذات TiO2 المحضر بطريقة Sol - Gel و0.25% لخلية ذات TiO2 محضر بطريقة paste باستخدام الكتروليت ذات مذيب ethylene glycol وتحسنت بعد اضافة كمية محددة من نترات الفضة AgNO3 الى الالكتروليت لتصبح 0.912% للـ Sol - Gel و0.303 للـ paste. اما بالنسبة للخلية ذات صبغة الرودامين بي وكانت افضل كفاءة جرى حسابها بلغت 0.69% لخلية ذات TiO2 المحضر بطريقة Sol - Gel و0.224% لخلية ذات TiO2 محضر بطريقة paste باستخدام الكتروليت ذات مذيب ethylene glycol وتحسنت بعد اضافة كمية محددة من نترات الفضة AgNO3 الى الالكتروليت لتصبح 0.881% للـ Sol - Gel و0.704% للـ paste.اما بالنسبة للخلية ذات صبغة المثلين الزرقاء وكانت افضل كفاءة جرى حسابها بلغت 0.302% لخلية ذات TiO2 المحضر بطريقة Sol - Gel و0.113% لخلية ذات TiO2 محضر بطريقة paste باستخدام الكتروليت ذات مذيب ethylene glycol وتحسنت بعد اضافة كمية محددة من نترات الفضة AgNO3 الى الالكتروليت لتصبح 0.501% للـ Sol - Gel و0.15% للـ paste. حيث بينت الدراسة ان اعلى كفاءة هي للخلية ذات TiO2 المحضر بطريقة Sol - Gel وصبغة Malachite Green مع اضافة كمية من نترات الفضة الى الالكتروليت كانت, وان افضل مذيب للالكتروليت هو ethylene glycol. | This research involves in preparing solar cells that use a light - sensitive type organic dye. These cells produce the use of thin of titanium dioxide, that is covered with a layer of organic material, absorb solar energy and use it to free electrons. These electrons are injected into a layer of titanium dioxide. The cells also consist of a electrolyte solution to compensate for the lost electrons from the organic dye molecules. In this study, thin films of carbon dioxide titanium TiO2 is used to prepare in two ways, the first way is the way the paste and the membrane thickness about 30 micrometers. The second way is the way Sol - Gel using titanium Ethoxide roots and has been deposited thin membrane in the form of layers until obtain the desired thickness of Ti ( OCH2CH3) and the membrane thickness has 12 micrometers. In both methods the prepared membranes TiO2 were deposited on glass bases prepared for the purpose of examining the optical properties. Also, studies were made for structure and surface of this membranes by XRD and FESEM and AFM. Solar cells are prepared by dissolving amount of dyes Malachite Green, Methylene Blue and Rhodamine in ethanol separately, Then immersing the thin film of TiO2 precipitated the ITO prepared both ways (paste and Sol - Gel) in the dye solution, then bit we produce here from the dye solution to dry to be ready to prepare the solar cell. Where the effective area of the TiO2 is prepared by Paste is about 0.2 square centimeter, while the effective area of the film in a way TiO2 was prepared by Sol - Gel is about 0.16 square centimeter. The counter electrode is made by preparing a paste of carbon as been the Carbon powder Black is the size of nanoparticles to slimy of TiO2 solution, then adds to distilled water to the mixed using a rock and mortar (Mortar), and then pour the dough rules on the glass conductive ITO, and subjected to heat 250 degree Celsius for one hour to be ready to counter - electrode cell used in the solar cell. The electrolyte uses in this research as prepared by dissolving the amount of iodine I2 with the amount of potassium iodide in one of the following solvents (ethylene Glycol, DMSO, ethanol) away from light to study the difference between the electrolyte resulting from these solvents. It is after the solar cell DSSC pigment assembly. The calculated characteristic (current - voltage) of cells using Keathly device and light source of xenon, Both the open circuit voltage Voc and the closed - circuit current Isc and the vast ability Pmax factor overfilling F.F and efficiency of the cell η and the parallel resistance Rs and series resistance Rsh were calculated . In another step it has been added to the amount of silver nitrate to the electrolyte to see its effect on the resulting cell parameters. The best efficiency is calculated for the cell of a dye Malachite green MG which of efficiency reached 0.741% for the cell with TiO2 at the Sol - Gel and 0.25% for the cell with TiO2 at the paste using electrolytes with solvent ethylene glycol and improved after the addition of a specific quantity of silver nitrate AgNO3 to the electrolyte to become 0.912% of Sol - Gel and 0.303 of the paste. The cell with a dye Rhodamine B is studfish best and found to have efficiency 0.69% of the cell with TiO2 that formed as Sol - Gel and 0.224% for the cell with TiO2 paste using electrolytes with solvent ethylene glycol and improved after the addition of a specific quantity of silver nitrate AgNO3 to the electrolyte to become 0.881% of Sol - Gel and 0.704% of the paste. The efficiency of the cell with a dye Methylene Blue is calculated and found to be 0.302% for the cell with TiO2 prepared by the Sol - Gel method and 0.113% for the cell with TiO2 prepared by the paste method using electrolytes with solvent ethylene glycol and improved after the addition of a specific quantity of silver nitrate AgNO3 to the electrolyte to become 0.501% of Sol - Gel and 0.15% for paste. This study shows that the highest efficiency of the cell prepared by the TiO2 Sol - Gel method and dye Malachite Green, When the amount of silver nitrate was added to the electrolyte, and the best solvent of the electrolyte was ethylene glycol.
