Mikrowellenunterstützte Synthese von Zno- und Tio2-Photoelektroden für Farbstoffe: Aktuelle Schulnachrichten

Mikrowellenunterstützte Synthese von Zno- und Tio2-Photoelektroden für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

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Mikrowellenunterstützte Synthese von Zno und Tio2 Fotoelektrode für farbstoffsensibilisierte Solarzellen.

ABSTRACT

Farbstoffsensibilisierte Solarzellen (DSSCs) wurden intensiv erforscht. Da die Farbe des Geräts leicht durch Auswahl verschiedener Farbstoffe und Zellen auf flexiblen Substraten variiert werden kann, sind DSSCs besonders attraktiv für die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV).

Es wird angenommen, dass das Zellkonzept die Produktionskosten und die Energierückgewinnungszeit im Vergleich zu Standard-Siliziumzellen oder anderen Dünnschichtzellen stark reduziert. Der Farbstoffsensibilisator absorbiert das einfallende Sonnenlicht und nutzt die Lichtenergie, um eine vektorielle Elektronentransferreaktion zu induzieren.

DSSCs unterscheiden sich von herkömmlichen Halbleiterbauelementen dadurch, dass sie die Funktion der Lichtabsorption vom Ladungsträgertransport trennen. Somit haben DSSCs die folgenden Vorteile gegenüber der Silizium-basierten Photovoltaik. (1) Es ist nicht empfindlich gegenüber Defekten in Halbleitern wie Defekten in Si.

(2) Die Halbleiter-Elektrolyt-Grenzfläche (SEI) ist leicht zu bilden und auch für die Produktion kostengünstig. (3) Es ist möglich, den direkten Energietransfer von Photonen zu chemischer Energie zu realisieren.

Nanokristallin gefärbte sensibilisierte Solarzellen sind photoelektrochemische Zellen, die auf Prinzipien basieren, die den Prozessen der natürlichen Photosynthese ähnlich sind. Beide verwenden organischen Farbstoff, um das einfallende Licht zu absorbieren und angeregte Elektronen zu erzeugen.

Wenn ein Halbleiter wie Zinkoxide (ZnO) oder Titandioxid (TiO2) mit Licht bestrahlt wird, das größer als die Bandlückenenergie ist, werden angeregte Elektron-Loch-Paare erzeugt, die in vielen Anwendungen wie Solarzellen zur Stromerzeugung, chemischen Prozessen zur Erzeugung oder zum Abbau bestimmter Verbindungen oder zur Herstellung selbstreinigender Oberflächen verwendet werden können ZnO und TiO2 als Photoelektrode zur Herstellung farbstoffsensibilisierter Solarzellen (DSSC).

ZnO und TiO2 nanokristalline Filme wurden auf FTO-Glassubstraten aus Zn (NO3)2.6H2O-Komplex und TiCl4 jeweils unter Verwendung eines mikrowellenunterstützten chemischen Badabscheidungsverfahrens in verschiedenen Zeitintervallen 0.5 min, 1.0 min, 1.5 min und 2.0 min.

DSSC wurden unter Verwendung von synthetisiertem ZnO und TiO hergestellt2 Photoanode als Photoelektrode, Graphit als Gegen-, Agar- und Galatinfarbstoff, hergestellt nach dem Sol-Gel-Verfahren als Elektrolyt / Farbstoff.

Charakterisierungstechniken wie Röntgenbeugung (XRD), UV-Vis-Infrarot-Spektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Sonnensimulation wurden für strukturelle, morphologische, optische und IV-charakteristische Untersuchungen der beschichteten nanokristallinen Filme und der entwickelten DSSCs verwendet .

Die Morphologie der Filme zeigt, dass sie homogen und porös waren. Die durchschnittliche Kristallgröße, die aus den signifikantesten und intensivsten Peaks geschätzt wird, beträgt 11.8 Å und 15.25 Å für ZnO-Oxid und TiO2 Oxidfilm jeweils.

Die Durchlässigkeit (T) der Filme wurde unter Verwendung eines UV-vis-NIR-Spektrophotometers im Wellenlängenbereich von 300 bis 1,100 nm durchgeführt. Aus der Durchlässigkeit von ZnO und TiO2 Bei nanokristallinen Filmen stellten wir eine sehr nützliche Transparenz des Films in einem großen Wellenlängenbereich von 300 bis 1,100 nm fest.

Die Durchlässigkeit stieg im sichtbaren Bereich für beide transparenten leitenden Oxidmaterialien durchschnittlich an und konvergierte für TiO nahe 95%2 Nanofilme. In jedem Fall sind die Transmissionswerte (T) im sichtbaren Bereich überdurchschnittlich, was in DSSCs anwendbar ist, da sie als Photoelektrode verwendet wurden. Beide Filme zeigen im sichtbaren Bereich ein sehr geringes Reflexionsvermögen <25%.

Die geschätzte optische Bandlücke liegt im Bereich von 4.0 bis 4.25 eV für ZnO und TiO2 Filme. Dies ist infolgedessen die Wärmebehandlung sowie der Quantengrößeneffekt der Kristallitgröße ein wesentlicher Faktor für die Erhöhung der Bandlücke. Dies ist offensichtlich, da die Kristallgröße gemäß XRD-Abzug in der Größenordnung einiger Angström lag.

Die für ZnO-Gelatine erhaltene photoelektrische Umwandlungseffizienz beträgt 0.001% und für ZnO-Agar 0.15%, während die von TiO2 Agar und TiO2 Galatin ergab aufgrund des Photoabbaus des Elektrodenmaterials kein gutes Ergebnis.

Da unter Verwendung von ZnO mit Agarfarbstoff eine höchste photoelektrische Umwandlungseffizienz von 0.15% erzielt wurde, wurde beobachtet, dass ZnO in farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSCs) einen Photoanodenvorteil hat.

Daher ist die photovoltaische Leistung von ZnO-Agar besser als die von ZnO-Gelatine. Schließlich haben DSSCs eine vielversprechende Zukunft für die Entwicklung einer effizienten und flexiblen Optoelektronik. Selbst wenn DSSCs eine geringere Effizienz bei der Umwandlung von Licht in Strom aufweisen, sind sie in der Herstellung erheblich billiger.

INHALTSVERZEICHNIS

TITELSEITE …… i

ZERTIFIZIERUNG .. ii

Widmung ……… iii

ANERKENNUNG… iv

ABBILDUNGSVERZEICHNIS. viii

ABKÜRZUNGSLISTE… ix

ZUSAMMENFASSUNG …… x

KAPITEL 1 EINLEITUNG

  • HINTERGRUND DER STUDIE………. 1
  • KLASSIFIZIERUNG DER SOLARZELLE ………… 3
  • PHOTOELEKTROCHEMISCHE (PEC) SOLARZELLE… .. 3
  • VERSCHIEDENE VERBINDUNG FÜR PHOTOELEKTROCHEMISCHE ZELLEN.4
  • FÄRBUNG SENSIBILISIERTER SOLARZELLEN (DSSCs). 5
  • DÜNNFILMTECHNOLOGIE ……… .. 6
  • ZINKOXID ……… .. 7
  • TITANDIOXID ……. 8
  • EIGENSCHAFTEN VON DÜNNEN FILMEN ………. 8
  • DÜNNFILM-ABLAGERTECHNIKEN .. 9
    • CHEMISCHE ABLAGERUNG… 10
    • PHYSIKALISCHE ABLAGERUNG …… 11
  • ZIELE DER STUDIE…. 14
  • FORSCHUNGSMETHODEN. 14

KAPITEL ZWEI ÜBERPRÜFUNG DER LITERATUR

  • SOLARZELLE… .. 16
    • BREIF GESCHICHTE DER SOLARZELLE… .. 16
    • GENERATIONEN VON SOLARZELLEN .. 17
  • DÜNNE FILME …… .. 20
    • DÜNNFILMTECHNOLOGIE ………. 20

2.2.2 ……. ARTEN VON DÜNNEN FILMEN… .. 20

  • PHOTOELEKTROCHEMISCHE (PCE) SOLARZELLE ……… .. 22
  • FARBSTOFFSENSIBILISIERTE SOLARZELLEN…………. 25
    • HISTORISCHER HINTERGRUND …………… 25

2.4.2 …… EIGENSCHAFTEN VON DSSCS… 26

  • GRUNDPRINZIP DER DSSCs …………… 27
  • ELEKTRONENTRANSFERDYNAMIK ………… 30
  • KOMPONENTEN DES DSSC ……… .. 33
  • STRUKTUR VON FARBEMPFINDLICHEN SOLARZELLEN (DSSC) ……. 37
  • DSSCs PHOTOVOLTAIC CELL PERFORMANCE ……. 38
  • ÜBERPRÜFUNG DER VERWANDTEN LITERATUR …… 40

KAPITEL DREI MATERIALIEN UND METHODEN

3.0. EINLEITUNG …… 45

3.1… MATERIALIEN FÜR DIE ABLAGERUNG VON ZnO UND TiO2……… .. 45

  • VORBEREITUNG DES SUBSTRATS ………… .. 45
  • Verfahren zur Synthese von ZnO und TiO2 NANOKRYSTALLINER FILM MIT MIKROWELLENUNTERSTÜTZTER CHEMISCHER BADABLAGERUNGSMETHODE …………… 45
    • VORBEREITUNG DER LÖSUNGEN .. 45
    • EINZAHLUNGSVERFAHREN …… 46

3.4 HERSTELLUNG VON ELEKTROLYTEN / GELN …… .. 47

3.5 …… VORBEREITUNG DER FÄRBESENSIERTEN SOLARZELLE (DSSC) …………………… 47

KAPITEL VIER ERGEBNISSE UND DISKUSSION

  • Röntgenbeugung ……… 50
  • MORPHOLOGISCHE STUDIEN ……… 52
    • SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)… .. 52
  • OPTISCHE ABSORPTIONSSTUDIEN ………………… 54
  • PHOTOCURRENT-VOLTAGE (IV) CHARATERISTICS… 59

VERWEISE. 64

EINFÜHRUNG

1.1 Hintergrund der Studie

The Energie in der Nachfrage nach fossilen Brennstoffen und der Umwelt etwas ihrer Verwendung sind anstrengend Druck auf einer bereits ausgedehnten weltweiten Energieinfrastruktur. Bei der Entwicklung von Technologien für erneuerbare Energien wie Solarzellen, Brennstoffzellen und Biokraftstoffe wurden einige bedeutende Fortschritte erzielt.

Jedoch diese Alternative Energiequellen wurden in der marginalisiert passt. Es wird erwartet, dass neue Technologien sie praktikabler und preislich konkurrenzfähiger gegenüber fossilen Brennstoffen machen könnten, wodurch letztendlich eine Abkehr von fossilen Brennstoffen als unserer primären Energiequelle ermöglicht wird.

Solarenergie gilt als grundlegende Lösung für die Herausforderung Energie und Umwelt als kohlenstofffreie Energiequelle [1].

Sonnenenergie ist die Energie, die aus der Sonne gewonnen wird. Es kann auf zwei Arten genutzt werden; als Wärmeenergie mit photothermischer und als elektrische Energie mit photovoltaischem (PV) Effekt.

Solarzelle ist ein Gerät, das Sonnenenergie durch den Photovoltaikeffekt direkt in Elektrizität umwandelt. Viele Photovoltaik-Geräte wurden bereits in den letzten fünf Jahrzehnten entwickelt [1].

Die weit verbreitete Nutzung ist jedoch immer noch durch zwei bedeutende Herausforderungen begrenzt, nämlich die Umwandlungseffizienz und die Kosten [2,3].

REFERENZEN

Liu J., Cao GZ, Yang ZG, Wang DH, Dubois D., Zhou XD, Graff GL, Pederson LR, Zhang JG. 1, S. 676, 2008.
Bagnall DM und Borland M., "Photovoltaik-Technologien", Energy Policy, Vol. 36, Pp. 4390-4396, 2008
Green MA, ―Neueste Entwicklungen in der Photovoltaik, ‖ Sol. Energy, Vol. 76, S. 3–8, 2004.
Chapin DM, Fuller CS, Pearson G., "Eine neue Silizium-pn-Übergangs-Fotozelle zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie", Journal of Applied Physics, vol. 25, nein. 5, S. 676–677, 1954.
Fujishima A., Honda K. und Kikuchi S., "Photochemische Reaktionen von Halbleitern ... Elektrode", Kogyo Kagaku Zasshi, Vol. 72, No. 1, nein. 487, Pp. 490–2003, XNUMX.
West W., "Erste hundert Jahre spektrale Sensibilisierung", Proc. Vogel. Cent. Symp. Photogr. Sci. Eng. Vol. 18, Pp. 35–48, 1974.

 

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