Development of Dye Sensitized Solar Cells through Co-Sensitization of modified Photoanodes

Loading...
Thumbnail Image
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Imam Abdulrahman Bin Faisal University
Abstract
Description
"في خضم الحاجة المتزايدة للطاقة النظيفة، هناك محاولات عديده لهندسة مواد ذات بنية نانومترية من أجل التركيبات الكهروكيميائية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية. في هذه الأطروحة نطرح تركيبة جديدة للخلايا الشمسية الحساسة للصبغات ) sDSSC (، والتي تظهر الأنود الضوئي 2TiO و الأنود الضوئي ZnO المترسب كهروكيميائيا في حساسية مشتركة عبر تعدد التحسس عن طريق نقاط CdSe و CdS الكموميه ) QDs ( بالاضافة إلى الصبغة العضوية N719 تم تصنيع نقاط CdSe و CdS الكمية عن طريق تقنية ) PLAL ( حيث استخدمت للمرة الأولى كمحسسات مشتركه لكل من 2TiO و ED ZnO في الخلايا الشمسية الصبغية. إن ال CdSe QDs و CdS QDs المعدّ سريعا في الإيثانول يُظهر 21 نانومتر، على حسب ما يظهر في المجهر الإلكتروني ) - جسيمات غروية بقياس 7 TEM (. وجدنا أن تركيز CdSe QDs و CdS QDs الذي يمنح الامتصاص الأفضل للطيف المرئي الممكن الوصول إليه على النحو الأمثل هو ) 1 ملجم/ 21 مل إيثانول ( و ) 1.2 ملجم/ 21 مل إيثانول ( على التوالي. حسب نتائج الامتصاص Vis-UV ، عندما يصطبغ 2TiO ب QDs ، يتزايد الامتصاص الظاهر في مركّبات الأنودات الضوئية وهذا بسبب أن ال QDs تملك عدداً من المستويات المنفصلة التي تم تشكيلها بسبب الحبس الكمي والامتصاص في هذه المستويات يشمل مدى الطول الموجي المرئي حتى بلوغ الأشعة الفوق بنفسجية. بالإضافة إلى أنه تم الوصول إلى أن النقاط الكمية الخاصة ب QDs على 2TiO من الممكن أن تقوم بتخفيض معدّل إعادة التركيب بين الثقب والالكترون في السطح المشترك بين 2TiO وصبغة N719 . بالنسبة للأنودات الضوئية، فإن أداء قياس الكفاءة للخلايا الشمسية CdSe QDs ذات الحساسية المشتركة لل 2TiO ( N719-CdSe QDs- 2TiO ( أعطت تحسن بنسبة 77 % مقارنة بأداء الخلايا الصبغيه ) N719- 2TiO (. هذا بالإضافة إلى أن أداء قياس الكفاءة للخلايا الشمسية ) N719-CdS QDs-2(TiO ، تم تحسينه بنسبة 73 % مقارنة ب ( N719-2TiO . ) ومن جهة أخرى، حصلنا على فيلم رقيق من الأنود الضوئي من نوع شبه الموصلات ZnO باستخدام تقنية الترسيب الكهروكيميائي . تجربة إضافة طبقة حاجبة رقيقة جداً من الجسيمات النانوية ZnO قبل عملية الترسيب الكهربائي يثبت أنها تعمل على أنها أماكن تكوين الأنوية وتقوم بتحسين نمو ال ZnO إلى أفلام مجموعة نانو مسامية. كما تنفذت من خلالها المحسسات المشتركة لكلٍ من CdSe QDs و CdS QDs بشكلٍ صحيح. و تم تصميم الخلايا الشمسية الصبغية المصنعه بالترسيب الكهروكيميائي ك ) ED ZnO - CdSe QDs -N719 ( و ) ED ZnO - CdS QDs -N719 ( . إن قياسات خصائص I-V تشير إلى أن فعالية الخلية الشمسية الصبغية ) ED ZnO-CdSe QDs-N719 ( تساوي 7( 0. ٪( متفوقًا بنحو أربع مرات على الخلايا الشمسية ) ED ZnO-N719 ( بنسبة ) 1.1071 ٪( بينما كانت كفاءة الخلية الشمسية__ الصبغية (ED ZnO - CdS QDs -N719) 0.104 %) ( أي أعلى من الخلايا الشمسية الصبغية ) ED ZnO-N719 ) بضعفين تقريبا. نتيجة هذا العمل تشير إلى أن إضافة مواد النقاط الكمومية ) QDs ( المصنعه كمحسسات مشتركه أدّى إلى زيادة الحصاد الضوئي، وارتفاع فعالية كلاً من الأنود الضوئي 2 TiO والأنود الضوئي ZnO المترسب كهروكيميائيا أدى الى رفع كفاءة الخلايا الشمسية الصبغية. "
Based on the high demand of clean energy, there are increasing attempts to engineering new nanostructured materials for the photoelectrochemical assemblies to convert solar energy to electrical energy. In this thesis we report a new configuration of dye sensitized solar cells (DSSC), in which TiO2 and electrochemical deposited (ED) ZnO photoanodes are co-sensitized by CdSe/CdS quantum dots (CdSe-CdS QDs) in addition to N719 organic dye.CdSe and CdS quantum dots have been synthesized via facile PLAL technique then utilized for the first time as co-sensitizer of both TiO2 and ED ZnO in DSSCs. The swiftly prepared CdSe QDs and CdS QDs in ethanol show colloids of (7-12 nm) size particles which is indicated by TEM imaging. Optimally, the concentration of CdSe QDs and CdS QDs for best absorbance of the visible spectrum attainable were found to be 1 mg/15 ml and 0.1 mg/15 ml ethanol respectively. From UV-VIS results, when TiO2 is stained with QDs, the visible absorbance of the composite photoanode increases and this is because QDs has many discrete levels formed due to quantum confinement and absorption into these levels cover entire visual wavelength range as far into ultraviolet. Moreover, it is found that the anchoring of QDs on TiO2 CdSe and CdS quantum dots can effectively bring down the rate of electron-hole recombination rate in the interface between TiO2 and the N719 dye. For TiO2 photoanode, the photovoltaic performance for CdSe QDs co-sensitized TiO2 solar cells (TiO2 -CdSe QDs-N719) is improved by 37 % compared to the ones with TiO2 alone, TiO2 -N719 DSSCs. Furthermore, the photovoltaic performance after CdS QDs co-sensitization- TiO2 solar cells, labeled as TiO2 -CdS QDs-N719, is upgraded by 34 % compared to TiO2 -N719 DSSCs. On the other hand, we obtained thin films of ZnO semiconductor photoanode using electrochemical deposition technique. Experimenting the application of very thin blocking layer of ZnO nanoparticles prior to electrodeposition process proves to act as nucleation sites and enhance the growth of the ZnO into porous nanoarray films. The co-sensitization of both CdSe QDs and CdS QDs was carried out as well, and the solar cells were designated as ED ZnO - CdSe QDs -N719 and ED ZnO - CdS QDs -N719 respectively.The I-V characteristics measurements indicated that the ED ZnO-CdSe QDs-N719 DSSC has efficiency 0.3 % superior by around four times than that of the ED ZnO-N719 solar cells 0.0672 %, while the photovoltaic performance of ED ZnO-CdS QDs-N719 device (0.104 %) is greater than that of ED ZnO-N719 solar cells by approximately two folds. The results of this work indicate that the addition of our synthesized QDs materials as cosensitizers led to increasing light harvesting, and boosting the efficiency of both (TiO2 and ED ZnO) photoanodes based DSSCs.
Keywords
Energy, Dye Sensitized solar cenls, Electrochemical, X-Ray, Microscope, UV-VIS Absorbance, Scanning
Citation
Collections