تحضير متراكبات PANI - MWCNTs لتطبيقات الخلايا الشمسية == Preparation of PANI - MWCNTs composite for Solar Cells Applications
Author name:
محمد سامي عبد علي خضير
Supervisor name:
رحيم كعيد كاظم حسين المرشدي | محمد هادي شنين عبد علي
General topic:
Physics
Specific topic:
Solar Energy Physics
Degree:
Doctorate
University:
University of Babylon - College Of Science - Physics Department
Language:
English
University location:
Babylon
First pages:
26T1638 - p.pdf
Abstract:
في هذه الدراسة تم تحضير البولي انيلين بطريقة بلمرة الاضافة . وتم استخدام الانيلين هايدرو كلورايد مع بيرسلفت الامونيوم , حيث تم تفاعلهما معا لانتاج البولي انيلين . ومن ثم تم تشويب البوليمر بانابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران بالنسب ( 1% , 3% , 5% ) وتحضير اغشية رقيقة منهما , على قواعد من الزجاج والسليكون عند درجة حرارة الغرفة . اظهرت نتائج حيود الاشعة السينية ان الاغشية المحضرة هي ذات تركيب عشوائي , وان التشويب لم يؤثر على تركيب البولي انيلين كما تم تشخيص البوليمر المحضر والاغشية المحضرة منه بواسطة طيف الاشعة تحت الحمراء لمعرفة المجاميع الفعالة للاواصر الكيميائية , اظهرت نتائج التحليل ان البوليمر المحضر هو بولي انيلين حيث تم مقارنة النتائج وكانت مطابقة للمادة الاصلية . وتبين من الفحص ايضا ان التشويب لم يؤثر على خصائص البوليمر وان المادتين كان حضورهما معا وتم فحص طبوغرافية السطح للاغشية الرقيقة باستخدام تقنية مجهر القوة الذرية ( AFM) , واظهرت النتائج ان جميع الاغشية المحضرة ذات تجانس جيد وان معدل الخشونة وقيم مربع معدل الجذر ( RMS ) ومعدل الحجم الحبيبي تزداد مع زيادة التشويب بانابيب الكاربون النانوية (MWCNTS ) . تم دراسة الخصائص البصرية من خلال قياس طيف النفاذية كدالة للطول الموجي في مدى الطول الموجي ( 110 - 200 نانومتر ). اظهرت النتائج ان قيم الامتصاصية ومعامل الانكسار للاغشية النقية والمشوبة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وكذلك زيادة معامل الامتصاص مع زيادة نسبة التشويب وان فجوة الطاقة تقل مع زيادة نسبة التشويب مما يجعل المادة مناسبة لاستخدامها في تطبيقات الخلايا الشمسية . بالاضافة الى ذلك تم دراسة الخصائص الكهربائية والمتضمنة التوصيلية الكهربائية المستمرة وقياسات هول . اظهرت النتائج ان التوصيلية الكهربائية تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان المادة تمتلك طاقة تنشيط واحدة تقل مع زيادة نسبة التشويب , كما واظهرت نتائج قياسات تاثير هول ان المادة هي من النوع الموجب p - type .تم تحضير المفرق الهجين (PANI : MWCNTS/Si ) بتراكيز مختلفة وكتطبيق عملي على استخدامات المادة تم تصنيع خلية شمسية من اغشية المادة النقية والمشوبة. وتم دراسة كفاءة هذه الخلية حيث اظهرت النتائج ان الكفاءة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان كفاءة الخلية الشمسية ولجميع النسب تكون ثابتة ولا تتاثر بتغير العامل الزمني حيث قيست الكفاءة لثلاثة اشهر مختلفة باختلاف درجات الحرارة . واظهرت خصائص ( التيار - الجهد ) للخلية الشمسية بان التشويب بانابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران يزيد من كفاءة الخلية الشمسية بواسطة عرقلة اتحاد الالكترون مع الفجوة وزيادة اداء النبيطة بسبب الزيادة العالية في تيار دائرة القصيرة ( Isc ) وفولتية الدائرة المفتوحة ( Voc) وقد وجد ان اعظم كفاءة كانت عند نسبة التشويب (% 5) وكانت قيمتها ( 5.7%) . كما وتم قياس الكفاءة مع تغير العامل الزمني لمعرفة مدى استقرارية كفاءة الخلية حيث تم قياس الكفاءة لثلاثة اشهر مختلفة ( 10 و12 و2 ) وقد وجد ان التغير الزمني لايؤثر على كفاءة الخلية الشمسية . كما وتم استخدام شدات متغيرة حيث قيست الكفاءة وبقية المتغيرات للشدات ( mW/cm2100 و50 و25 ) , وتبين ان كفاءة الخلية الشمسية تزداد مع نقصان شدة الضوء الساقط . | In this study, polyaniline was prepared by polymerization additive method . Aniline hydrochloride was used with ammonium persulfate and they are combined to produce polyaniline and then doping it with multi - walled carbon nanotubes with ratios ( 1% , 3% ,5% ), and preparation of thin films by spin coating technique on glass and silicon substrate at room temperature . The X - Ray diffraction (XRD) results showed that the prepared films are amorphous, the results showed that the doping did not affect on the synthetic properties of polyanyline. The prepared polymer and thin films prepared were analysized by (FT - IR) to determine the active groups of the chemical bonds, the results of the analysis showed that the polymer is polaniline where the results were compared and were identical to the original material , also showed that the doping did not affect the characteristics of polyaniline . The surface morphology of thin films was examined using the atomic force microscope technique (AFM). The results showed that the prepared were homogeneous.The roughness average, the Root Mean Square (RMS) value and the average grain size increased with the increasing of (MWCNTs) concentration. The optical properties of the prepared films, were investigated by obtaining the transmittance spectrums in the UV - VIS regions as a function of wavelength from 300 nm to 1100 nm. The values of absorbance and the refractive index for the of pure and doping films increasing with increasing of doping ratio . The energy gap decreasing with the increasing of the doping ratio , makes the material suitable for using application of solar cells . Electrical properties including D.C conductivity and Hall measurements of the films were studied.The results showed that electrical conductivity increasing with increasing the rate of doping , and that the material has one activation energy decreasing with increasing of doping ratio . The results of the Hall effect measurement showed that the materil was p - type . PANI : MWCNTS/Si heterojunctions have been prepared at different concentrations. (I - V) characteristics show that the MWCNTs - doping increases the energy conversion efficiency by retarding the electron - hole recombination and the improved device performance is caused by the high short - circuit current (Isc) and open circuit voltage (Voc) and found that the highest efficiency (η) at doping ratio 5% is 5.7% The efficiency of the solar cell was also studied and the efficiency of the time factor was measured. It was measured for three months (October, December and February) , found that efficiency increases with increasing the rate of doping and the change in the time factor does not affect on the efficiency of the cell. A variable intensity was used to measure efficiency (25, 50 and 100 mW /cm2). The efficiency of the solar cell was increased with the decreasing of light intensity for incident light.
