19140

۱۹۱۴۰

ساخت و بهينه سازي سلول خورشيدي بيوهيبريدي بر پايه فتوسيستم۱ به عنوان لايه فعال

كارشناسي ارشد

حالت جامد

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۲/۳

دكتر مهدي اسماعيل زاده - دكتر غلامحسين رياضي

دكتر رسول اژئيان

فيزيك

با نگاه به پديده¬ي شگفت¬انگيز فتوسنتز و كاوش در اعماق آن، به مجموعه¬ي پروتئيني فتوسيستم1، موجود در گياهان و جلبك¬ها و برخي سيانوباكتري¬ها برخورد مي¬كنيم كه به عنوان يك فتوديود طبيعي با بازده كوانتومي داخلي نزديك به واحد، قابليت جذب فوتون و توليد حامل¬هاي بار به منظور توليد هيدروكربن¬ها را دارد. عملكرد فوق¬العاده فتوسيستم1 در كنار ساير اُرگان¬هاي فتوسنتز كننده، محققين در زمينه¬ي انرژي¬هاي پاك به ويژه سلول¬هاي خورشيدي را بر آن داشت تا توجه خود را به اين كمپلكس پروتئيني معطوف كنند. در كشور ما نيز از سال 1392 تحقيقات روي اين پروتئين صورت گرفت و در حال حاضر به دنبال بهينه¬سازي سلول¬هاي خورشيدي بر پايه¬ي فتوسيستم1 مي¬باشيم كه رساله¬ي حاضر شرح حال اين پژوهش مي¬باشد. در نخستين مرحله، استخراج پروتئين به صورت مطلوب را پيش رو داشتيم. استفاده از روش خالص سازي كروماتوگرافي و دياليز همچون پژوهش¬هاي قبلي در دستور كار قرار گرفت. پس از استخراج پروتئين فتوسيستم1 با غلظت مناسب نوبت به لايه نشاني آن روي الكترود شفاف اُكسيد اينديم-قلع مي-رسيد. از بستر آمينو اسيدي تايروزين براي ناهموار كردن سطح ، به منظور افزايش سطح مقطع برخورد پروتئين با بستر تايروزين و حفظ رطوبت لايه¬ي پروتئيني بهره برديم. در ادامه از يك لايه¬ي واسط بين لايه¬ي پروتئيني و الكترود فلزي (كاتد طلا)، شامل اُكسيد گرافن كه با پروتئين سرم آلبومين گاوي احيا شده است، استفاده كرديم. در واقع با بهره¬گيري از اين لايه نسبت به پروژه¬ي قبلي توانستيم ميزان چگالي جريان الكتريكي را از 47/3- به 74/5- ميلي¬آمپر بر سانتي¬متر مربع افزايش دهيم كه باعث افزايش در بازدهي اين نوع سلول خورشيدي از 517/0 به 761/0 درصد گرديد.

1397/04/12

Fabrication and Optimization of Bio-Hybrid solar cell based on Photosystem1 as an active layer

7/3/2018 12:00:00 AM

Nature involves mysterious events being chased by human since long time ago. Focusing on wonderful photosynthesis process and digging in it deeply, we encounter photosystem1 complex existing in plants, alga and some cyanobacteria which are capable of photon absorption, as a natural photodiode with quantum efficiency nearly to unit, and electron generation in order to produce carbohydrates. Highly significant functionality of photosystem1 alongside other photosynthesis organs, inspired researchers of green energies especially solar cell to pay much of their attention to this protein complex. Since 2013, studies in this filed have been done in our country and currently we are optimizing solar cells based on photosystem1 which this thesis explain it. In first step, we conducted the protein extraction desirably, utilizing Chromatography purification and dialysis method. Then it turned to coating on transparent indium-tin oxide electrode. Referencing to our previous work, we used tyrozine amino-acid substrate to make the surface uneven for increasing the cross section of protein impact with tyrozine substrate and also protecting the protein layer moisture. In the next step, we employ a middle layer between protein layer and metallic electrode (gold cathode), including graphene oxide which has been reduced by Bovine Serum Albumin (BSA). In fact, benefiting of this layer rather previous work, we could increase the electric current density from 3.47 to 5.74 m.A/cm2 leading to the efficiency increase of this type of solar cell from 0.517 to 0.761.