%40تخفیف

تولید نانوساختارهای اکسیدفلزی و بررسی کاربرد و نقش آن‌ها در بازده‌ی سلول‌های خورشیدی حساس به رنگدانه

تعداد 140 صفحه فایل word

چکیده

این روزها، نانوساختارهای اکسیدفلزی توجه بسیار زیادی در دنیای علم، بدلیل پتانسیل‌های بالقوه و بالفعل خود در ساخت دستگاه‌هایی برای برداشت و ذخیره انرژی، فوتونیک، سنسورها و غیره، به خود جلب کرده‌اند. تاکنون روش‌های گوناگونی برای سنتز نانوساختارهای اکسیدفلزی به کار گرفته شده است ولی اکثر آن‌ها زمان‌بر، پر هزینه و دارای محلول‌های سمی می‌باشند. در این تحقیق، روشی دو مرحله‌ای آسان و مقرون به صرفه‌ای ارائه شده است که از طریق آن، انواع مختلف نانوساختارهای اکسیدروی، از ساختار متخلخل سنگ مرجانی شکل تا نانوسیم‌های بلند و باریک، می‌توانند سنتز شود. این روش شامل کندوپاش با جریان مستقیم لایه‌های نازک و سپس اکسیداسیون متعاقب آن‌ها در دماهای نسبتا بالا (°C400 تا °C 600) می‌شود. به منظور کمک به فرآیند اکسیداسیون، مقداری گاز اکسیژن (بین sccm 20 تا sccm 80) به عنوان گاز واکنش دهنده، در سیستم مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این، با بهره‌گیری از روش هیدروترمال و دکتر بلید، نانوساختارهای ترکیبی از نانوسیم اکسیدروی و نانوذرات اکسیدتیتانیوم نیز تولید شدند. خاصیت کریستالی و مورفولوژی ساختارهای تولید شده بترتیب توسط پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیلش میدان (FE-SEM)، مورد بررسی قرار گرفتند.

در نهایت، این ساختارها برای تولید سلول‌های خورشیدی حساس شده به رنگدانه مورد استفاده قرار گرفتند تا علاوه بر مقایسه‌ی بازده‌ی هرکدام از آن‌ها، بهترین مورفولوژی ساختار برای داشتن بالاترین بازده نیز به دست آید.

کلید واژه: نانوساختار، اکسیدروی، اکسیدتیتانیوم، تبخیر شیمیایی بخار، هیدروترمال، سلول خورشیدی.

دسته: ریاضی فیزیک, فیزیک برچسب: اکسیدتیتانیوم, اکسیدروی, تبخیر شیمیایی بخار, سلول خورشیدی, نانوساختار, هیدروترمال

توضیحات

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1. مقدمه‌ای بر فناوری نانو. 2

1-2. تولید ساختارهای نانو. 3

3-1. تاریخچه. 3

1-4. اکسیدهای فلزی.. 4

1-4-1. اکسید روی (ZnO) 5

1-4-2. اکسید تیتانیوم (TiO₂) 6

1-5. سلول‌های خورشیدی.. 7

1-6. سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای.. 9

1-6-1. سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای اکسیدتیتانیوم. 10

1-6-2. سلول خورشیدی رنگدانه‌ای اکسیدروی.. 11

فصل دوم: نانوساختارهای اکسیدفلزی: انواع، کاربردها و روش‌های ساخت

2-1. مقدمه………. 14

2-2. اکسید روی.. 15

2-2-1. ساختار سطحی و کریستالی اکسید روی.. 17

2-3. اکسید تیتانیوم. 18

2-3-1. ساختار کریستالی و ویژگی‌های فیزیکی اکسید تیتانیوم. 20

2-3-2. کاربردهای نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم. 22

2-4. انواعی از روش‌های سنتز نانومواد. 23

2-4-1. لیتوگرافی.. 23

2-4-2. انباشت فیزیکی بخار (PVD) 24

2-4-3. روش ذوب تبریدی (سرمازا) 26

2-4-4. روش کندوپاش…. 28

2-4-4-1. تفسیر فیزیکی کند‌و‌پاش…. 30

2-4-4-2. پلاسما 30

2-4-4-3. روش کندوپاش با جریان مستقیم (DC) 31

2-4-4-4. روش کندوپاش با امواج رادیویی (RF) 31

2-4-4-5. روش کندوپاش با شتابدهنده مغناطیسی.. 32

2-4-5. انباشت شیمیایی بخار (CVD) 33

2-4-6. مکانیزم بخار-مایع-جامد (VLS) 34

2-4-7. هیدروترمال.. 35

2-4-8. آندایز. 36

2-4-9. روش صفحه گذاری با الکتریسیته (الکترولیز) 37

2-4-10. صفحه گذاری بدون الکتریسیته. 37

2-4-11. روش سل-ژل.. 38

2-5. تکنیک‌های مشخصه یابی.. 39

2-5-1. میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 39

2-5-2. پراش پرتوی ایکس (XRD) 41

فصل سوم: سلول خورشیدی

3-1. مقدمه…… 44

3-2. پدیده‌ی فوتوولتائیک (فوتون‌ها وارد شوند، الکترون‌ها خارج شوند!) 45

3-3. تاریخچه‌ی سلول‌های خورشیدی.. 47

3-4. انواع سلول‌های خورشیدی.. 49

3-4-1. سلول‌های خورشیدی سیلیکونی.. 49

3-4-2. پیوندگاه p-n.. 49

3-4-3. فناوری لایه‌ی نازک… 50

3-4-4. سلول‌های خورشیدی آلی.. 51

3-4-5. سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی.. 52

3-4-6. سلول‌های خورشیدی پروسکایت… 53

3-5. حد شاکلی-کوئیسر. 53

3-6. نسل‌های فوتوولتائیک‌ها 54

3-7. سلول‌های خورشیدی حساس به رنگدانه (DSSCs) 55

3-8. اجزای تشکیل دهنده‌ی سلول‌های خورشیدی حساس به رنگدانه. 62

3-8-1. زیرلایه. 62

3-8-2. فوتو آند. 62

3-8-2-1. الکترودهای TiO₂ 63

3-8-2-2. الکترودهای ZnO… 64

3-8-3. الکترولیت… 64

3-8-4. الکترود شمارنده (کاتد) 65

3-8-5. جاذب نور 65

3-9. اندازه گیری بازده سلول‌های خورشیدی.. 66

3-9-1. جریان تاریک و ولتاژ مدار باز 66

3-9-2. محاسبه بازده 68

فصل چهارم: تولید نانو ساختارهای مختلف اکسید روی (ZnO) و استفاده از آن‌ها در سلول‌های خورشیدی

4-1. مقدمه…….. 71

4-2. مراحل آماده سازی نمونه‌ها 71

4-2-1. مرحله‌ی شست و شو. 71

4-2-2. ساخت لایه‌ی نازک روی.. 72

4-2-2-1. بررسی مورفولوژی لایه‌های نازک روی.. 74

4-2-3. تولید نانوساختارهای اکسید روی به روش تبخیر گرمایی.. 82

4-3. تاثیر پارامترهای مختلف بر روی نانوساختارهای به دست آمده 84

4-3-1. اثر آهنگ لایه نشانی.. 84

4-3-2. اثر میزان اکسیژن.. 87

4-3-3. اثر دما 90

4-3-4. اثر زمان.. 91

4-4. نانوساختارهای ترکیبی.. 92

4-4-1. روش هیدروترمال.. 92

4-4-1-1. تولید پوشش دانه‌ای.. 92

4-4-1-2. رشد آرایه‌های نانو‌سیمی به روش هیدروترمال.. 93

4-4-2. نشاندن نانوذرات TiO₂ با استفاده از روش دکتر بلید. 94

4-5. آماده‌سازی سلول خورشیدی و مقایسه بازده‌ی ساختارهای مختلف… 96

4-5-1.آماده‌سازی فوتوآند. 96

4-5-2. درست کردن محلول رنگ…. 96

4-5-3. آماده سازی الکترود شمارنده 97

4-5-4. آماده سازی الکترولیت یدید/ تری یدید. 98

4-5-5. مجتمع کردن و آب‌بندی سلول.. 98

4-6. اندازه‌گیری بازده سلول‌ها 99

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

5-1. نتیجه‌گیری.. 106

5-2. پیشنهادات… 108

منابع……………………… 109

چکیده انگلیسی… 117

فهرست شکل‌ها

عنوان صفحه

شکل 1-1. اجزا و عملکرد کلی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ…. 9

شکل 1-2. تصویر SEM از یک لایه‌ی اکسید (TiO₂) با نانوبلورک‌ها (قطر در حدود 20 نانومتر) …………………………………………………………………………………………………………………………….10

شکل 2-1. مدل ساختار ورتسایت ZnO. مختصات چهارگوشی Zn و O نشان داده شده است. …………………………………………………………………………………………………………………………….17

شکل 2-2. ساختارهای مختلف اکسید تیتانیوم. 21

شکل 2-3. ساختار دستگاه متراکم سازی گاز خنثی برای تولید ذرات نانوبلوری.. 26

شکل 2-4. دستگاه ذوب تبریدی جهت تولید نانوذرات پودری فلز آلومینیوم. 27

شکل 2-5. جوانه زنی و به هم پیوستن نانوذرات آلومینیوم در گاز آرگون طی فرآیند ذوب تبریدی. 28

شکل 2-6. طرحواره‌ای از لایه‌نشانی به روش کندوپاش…. 29

شکل2-7. طرح‌واره‌ای از دستگاه لایه‌نشانی کندوپاش RF.. 32

شکل 2-8. رشد ساختارهای یک بعدی توسط مکانیزم VLS.. 35

شکل 2-9. نمونه ای از یک تفنگ الکترونی.. 40

شکل 2-10. قانون پراش در بلورها 42

شکل 3-1. مقایسه ی اثر فوتوالکتریک (سمت چپ)، زمانی که نور UV الکترون را از سطح یک فلز آزاد می‌کند، با اثر فوتوولتائیک در سلول خورشیدی (سمت راست). سلول فوتوولتائیک به مقداری ناتقارنی فضایی، همانند سطح تماسی با ویژگی‌های الکترونی مختلف نیاز دارد تا الکترون‌های بر انگیخته را به وسیله‌ی مدار خارجی به حرکت در آورد. 46

شکل 3-2. طرح شماتیک سلول‌های خورشیدی سیلیکونی.. 47

شکل 3-3. پیکربندی نوار پس از اتصال p-n.. 50

شکل 3-4. سلول‌های فیلم نازک پلی کریستال پیوندگاهی مرکب دارند، که در آن ماده ی نیمه رسانای لایه ی بالایی از ماده ی نیمه رسانای لایه ی پایینی متفاوت است. لایه بالایی، معمولا نوع n، یک پنجره است که تقریبا تمام نور را به لایه جذب کننده، که معمولا نوع p است، راه می دهد. یک «تماس اهمی» اغلب برای ارائه یک اتصال الکتریکی خوب به بستر، مورد استفاده قرار می‌گیرد. 51

شکل 3-5. معماری یک دستگاه فتوولتائیک آلی الکترود منفی آلومینیوم است، اکسید قلع ایندیوم (ITO) یک الکترود شفاف رایج است، و زیرلایه شیشه می باشد. نمای شماتیک یک لایه ی فعال پیوندگاه مرکب توده ای (BHJ) را به تصویر می کشد که در آن آمیختگی گیرنده و دهنده، نواحی مجزای فاز را در لایه‌ی فعال تشکیل داده است. ساختار BHJ برای عملکرد دستگاه خورشیدی حیاتی است. 52

شکل 3-6. تابش خورشیدی سطح زمین، طیف تابندگی 5/1 را نشان می‌دهد. 54

شکل3-7. نمای شماتیک یک DSSC. 57

شکل3-8. بازه‌های زمانی فرآیندهای مختلف در DSSC. 57

شکل 3-9. شکلی شماتیک که فرآیندهای مستقیم مختلف (خطوط صلب)، فرآیندهای معکوس (خطوط نقطه چین) و بازده ی زمانی آن ها را نشان می دهد. 60

شکل3-10. طرح کلی نمودار انرژی برای DSSC. 61

شکل 3-11. موقعیت باندهای از چند نیمه رسانای مختلف در تماس با الکترولیت آبی در pH 1. لبه نوار هدایت توسط رنگ قرمز و نوار ظرفیت توسط رنگ سبز نشان داده است. در سمت راست، پتانسیل اکسایش و کاهش برای اکسیداسیون آب، کاهش هیدروژن و پتانسیل اکسایش برای زوج ریداکس بی پیریدین کبالت. 61

شکل 3-12. مشخصه ی ولتاژ-جریان دیود ایده آل در نور و تاریکی.. 67

شکل 3-13. مشخصه نمودار جریان-ولتاژ بیشینه (خط مشکی) و توان-ولتاژ (خط خاکستری) برای یک سلول ایده آل. عامل پرشدگی در این حالت مساوی با 1 می‌باشد. 69

شکل 4-1. نمایی از دستگاه آلتراسونیک موجود در آزمایشگاه لایه‌نشانی بخش فیزیک دانشگاه شیراز 72

شکل 4-2. دستگاه لایه‌نشانی موجود در آزمایشگاه لایه‌نشانی بخش فیزیک دانشگاه شیراز 73

شکل 4-3. تصویر SEM از لایه های نازک روی بعد از لایه نشانی در سه آهنگ کندوپاش مختلف. لایه نشانی با آهنگ پایین( شکل آ و ب)، با آهنگ متوسط (شکل پ و ت) و آهنگ بالا (شکل ث و ج) 75

شکل 4-4. پراش پرتو ایکس از لایه‌های نازکی که به ترتیب با آهنگ‌های پایین، متوسط و بالا (از بالا به پایین) لایه نشانی شده‌اند. 76

شکل 4-5. نمایی شماتیک از کوره‌ی کوارتزی.. 82

شکل 4-6. طیف پراش پرتوی ایکس از نمونه ی اکسید شده به مدت یک ساعت. 83

شکل 4-7. لایه‌های اکسید شده به مدت یک ساعت در دمای C° 500 با آهنگ اکسیژن sccm 40. برای الف) لایه نشانی اول؛ ب) لایه نشانی دوم و ج) لایه‌نشانی سوم. 84

شکل 4-8. نمای کناری لایه‌ی نازک بعد از یک ساعت اکسیداسیون در دمای C° 500 با آهنگ اکسیژن sccm 40. برای لایه‌نشانی با آهنگ متوسط (الف)، نمای نزدیکتر سطح (ب). 86

شکل 4-9. تاثیر میزان اکسیژن روی ساختارهای تشکیل شده برای لایه‌نشانی با آهنگ پایین.. …………………………………………………………………………………………………………………………….87

شکل 4-10. تاثیر میزان اکسیژن روی ساختارهای تشکیل شده برای لایه نشانی با آهنگ متوسط …………………………………………………………………………………………………………………………….88

شکل 4-11. تاثیر میزان اکسیژن روی ساختارهای تشکیل شده برای لایه نشانی با آهنگ بالا. …………………………………………………………………………………………………………………………….88

شکل 4-12. اثر دما بر مورفولوژی ساختار برای لایه نشانی با آهنگ متوسط، هر دو نمونه به مدت یک ساعت با جریان اکسیژن به مقدار sccm 20 اکسید شدند. 90

شکل 4-13. اثر دما بر مورفولوژی ساختار برای لایه نشانی با آهنگ بالا، هر دو نمونه به مدت یک ساعت با جریان اکسیژن به مقدار sccm 40 اکسید شدند. 90

شکل 4-14. فیلم لایه نشانی شده با آهنگ بالا بعد از اکسیداسیون در دمای 500 درجه ی سانتی گراد با آهنگ جریان اکسیژن sccm 40، بعد از نیم ساعت، یک ساعت و دو ساعت. 91

شکل 4-15. سامانه استفاده شده برای رشد آرایه‌های نانوسیمی، به روش هیدروترمال.. 94

شکل 4-16. نمایی شماتیک از روش دکتر بلید. 95

شکل 4-17. نانوسیم‌های بدست آمده از طریق روش هیدروترمال، دو بار دانه‌گذاری شده. 95

شکل 4-19. تغییرات رنگ فوتوآندها بعد از 24 ساعت ماندن در رنگ…. 97

شکل 4-20. شیشه FTO که روی آن پلاتین لایه نشانی شده است. 98

شکل 4-21. نمونه‌هایی از سلول‌های بسته شده قبل از زدن چسب نقره. 99

شکل 4-22. نانوصفحات رشد یافته روی بستر ITO پس از یک ساعت اکسیداسیون در دمای C° 500 در معرض sccm 60 اکسیژن. 100

شکل 4-23. نانوساختار گل مانند پس از یک ساعت اکسیداسیون در دمای C° 500 در معرض sccm 40 اکسیژن 100

شکل 4-24. مشخصه چگالی جریان بر حسب ولتاژ سلول‌های خورشیدی. برای نمونه‌ی 1 با بازده‌ی 7/2% 102

شکل 4-25. مشخصه چگالی جریان بر حسب ولتاژ سلول‌های خورشیدی. برای نمونه‌ی 4 با بازده‌ی 4/1% 102

شکل 4-26. مشخصه چگالی جریان بر حسب ولتاژ سلول‌های خورشیدی. برای نمونه‌ی 7 با بازده‌ی 5/0% 103

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 1-1. دسته بندی روش‌های موجود برای سنتز ذرات نانوکریستال و نانولوله‌ها 3

جدول 2-1. خواص مهم اکسید روی.. 16

جدول 2-2. ویژگی‌های فیزیکی ساختارهای اکسیدتیتانیوم. 22

جدول4-1. مشخصات قله‌های پراش پرتوی ایکس نمونه‌ی لایه‌نشانی شده با آهنگ پایین. 78

جدول4-2. مشخصات قله‌های پراش پرتوی ایکس نمونه‌ی لایه‌نشانی شده با آهنگ متوسط. 78

جدول4-3. مشخصات قله‌های پراش پرتوی ایکس نمونه‌ی لایه‌نشانی شده با آهنگ بالا. 78

جدول 4-4. مشخصه‌های سلول‌های خورشیدی.. 101

امتیاز 0 از 5 از 0 دیدگاه

قیمت اصلی 35,000 تومان بود.قیمت فعلی 21,000 تومان است.

تاریخ ایجاد دی 9, 1399
تاریخ بروزرسانی اسفند 13, 1401
فروش 0
دیدگاه 0

شرایط استفاده از محصول

تمام محصولات به ازای پرداخت پروژه تنها قابل استفاده می باشند. این بدین معنی است که برای استفاده از یک یا چند محصول ، لازم به خرید آن محصول است.

مزایای خرید این محصول:

دسترسی به فایل به صورت همیشگی
پشتیبانی رایگان
پشتیبانی 24 ساعته محصول
بازگشت وجه در صورت عدم رضایت مشتری

مشاهده قوانین سایت