شماره ركورد
27824
پديد آورنده
كريم خان محمدي چناب
عنوان
ساخت و بررسي سلول هاي خورشيدي رنگدانه اي بر اساس رنگدانه هاي تري آريل آمين با تكيه بيشتر بر ساختارهاي پل نفتالني و آنتراسني
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
شيمي- شيمي فيزيك
سال تحصيل
1395
تاريخ دفاع
1401/9/29
استاد راهنما
محمدرضا زماني ميميان
دانشكده
شيمي
چكيده
يكي از مهمترين چالش هاي موجود و مطر) در طراحي سلول هاي خورشيدي رنگدانه اي بهره گيري از رنگدانه اي با ساختار مولكولي مناس است كه عالوه از برخورداري از خواا اپتيكي درخور، توانايي و قابليت ارائه خواا الكتروشيميايي و الكترونيكي باال را نيز داشته باشد. در اين پووهش چهار رنگدانه جديد آلي مبتني بر تركيبات تري فنيل آمين با چارچوب A-π-D و پل هاي π مختلف كه از واحدهاي بنزن Bن، نفتالين Nن، آنتراسن Aن و فروسن Fcن تشكيل شده اند، طراحي، سنتز و به عنوان حساس كننده در سلول هاي خورشيدي رنگدانه اي مورد استفاده قرار گرفتند. سلول هاي خورشيدي حساس به رنگ DSSCsن مربوطه جهت مقايسه تارير پل هاي π بر بازده تبديل فوتوولتائيك ηن آنها از جنبههاي اپتيكي، الكتروشيميايي، سطحي و فتوولتائيك مورد ارزيابي قرار گرفته و ابعاد مختلف اين مطالعه با بهره گيري از تكنيك هاي متعددي همچون اسپكتروسكوپي ماوراء بنفش-مرئي، ولتامتري چرخه اي، اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي، ولتامتري روبش خطي، طيف سنجي پراش پرتو ايكس، تصويربرداي روبش خطي گسيل ميداني و تصويربرداري نيروي اتمي مورد بررسي قرار گرفت. سلول هاي مربوطه داراي سه جزء مهم فوتوآند، الكترود شمارنده و الكتروليت بوده كه در اين مطالعه با تمركز بر روي فوتوآند، زيراليه هاي مربوطه به روش دكتر بليد آماده سازي گرديدند و رنگدانه هاي سنتز شده به روش كوپلينگ دي آزونيوم جهت پيشبرد فرآيند آماده سازي فوتوآندها به روش غوطه ور سازي مورد استاده قرار گرفتند. نتايج بدست آمده از مطالعات نشان داد كه تعداد حلقههاي آروماتيك در واحد π-پل رنگدانه هاي مبتني بر تركيبات تريفنيل آمين بهطور چشمگيري نه تنها در ويوگيهاي نوري رنگدانه تارير متبت دارد، بلكه پارامترهاي الكتروشيميايي و فوتوولتائيك آنها را نيز ارتقاء مي بخشد. حداكتر طول موج جذب λmaxن اين رنگدانه ها به ترتي برابر با 512 ،524 ،541 و 532 نانومتر به دست آمد كه ضري جذب مولي بااليي εن در حدود 17000 ،20000 ، 22000 و 21000 -1 cm M-1 را براي رنگدانه ها فراهم نمود. بازدهي فوتوولتائيك سلول هاي خورشيدي رنگدانه اي ساخته شده با رنگدانه هاي مربوطه را مي توان به صورت 42.5 (Fc-ηTPA (%46.4 (B-ηTPA%) > 60.4 (N-ηTPA با همديگر مقايسه نمود. تارير ساختارهاي پل π ذكر شده در ساختار مولكولي رنگدانه ها و انتقال بار درون مولكولي ICTن آنها با اندازه گيري باالترين اوربيتال مولكولي اشغال شده HOMOن، پايين ترين سطو) اوربيتال مولكولي اشغال نشده LUMOن و شكات نوار آنها مورد بررسي قرار گرفتند كه از نتايج تجربي بدست آمده براي سلول هاي خورشيدي مذكور مي توان چنين استنباط كرد كه سنتز رنگدانه هاي آلي تري آريل آمين با پلهاي π مزدوج طوالني تر ميتواند سطو) HOMO و LUMO مناس تر، ε باالتر و ارر pull-push قوي تر در ساختار مولكولي رنگدانه فراهم كند كه متعاقبا باعث بهبود در مقادير بازدهي فوتوولتائيك مي گردد. به عنوان يكي ديگر از يافتههاي كليدي اين مطالعه، ميتوان به اين موضوع اشاره كرد كه پل π فروسني با برخورداري از اررات تداخل كوانتومي QIEsن، نرخ انتقاالت بار درون مولكولي را از قسمت دهنده الكتروني Dن رنگدانه به قسمت گيرنده آن Aن توانمندتر ميكند، چيزي كه در سه رنگدانه ديگر مشاهده نمي شود. اين نتايج رويه و رهيافت جديدي را در طراحي رنگدانه هاي آلي كارآمدتر بر پايه تركيبات آلي تري آريل آمين پيش روي محققان قرار مي دهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1401/10/21
عنوان به انگليسي
Construction and evaluation of Dye-Sensitized Solar Cell Based on Triarylamine dyes with Naphthalene and Antheracene π-Bridges
تاريخ بهره برداري
12/20/2023 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
كريم خان محمدي چناب
چكيده به لاتين
One of the most important and determinative challenge of designing dye sensitized slar cells (DSSCs) is developing dyes with optimized molecular structure and apt optical properties and electrochemical and electronic features. In this sudy, four novel organic triphenylamine-based dyes with D-π-A framework and various π-bridges which consist of benzene (B), naphthalene (N), anthracene (A) and ferrocene (Fc) units were synthesized and applied for as sensitizer of dye-sensitized solar cells (DSSCs). These dyes were compared for considering impact of π-bridges on power conversion efficiency (η) of relative DSSCs b characterizing optical, electrochemical, interfacial and photovoltaic (PV) aspects. For the mentioned results some key analysis were applied that consist of Fourier transform-infrared (FT-IR) spectroscopy, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), field-emission scanning electron microscopy (FESEM) and linear sweep voltammetry (LSV), They evaluated The results indicated that the number of aromatic rings in π-bridge unit of triphenylamine-based dyes surprisingly could be able to adjust not only the optical features, but also the electrochemical parameters that could be tuned to the optimum values. The maximum absorption wavelength (λmax) of these dyes were obtained 512, 524, 541 and 532 nm that provided the high molar absorption coefficient (ε) about ⁓17,000, ⁓ 20,000, ⁓ 22,000 and ⁓21,000 M-1 cm-1 for these dyes, respectively. The η of DSSCs could be ordered as ηTPA-Fc (5.42%) > ηTPA-A (5.01%) > ηTPA-N (4.60%) > ηTPA-B (4.46%), while the short-circuit current density (JSC), open-circuit voltage (VOC) and file factor (FF) of these DSSCs were obtained as JSC,TPA-Fc (14.60 mA cm-2 ) > JSC,TPA-A (14.21 mA cm-2 ) > JSC,TPA-N (13.88 mA cm-2 ) > JSC,TPA-B (12.91 mA cm-2 ) and VOC,TPA-Fc (652.26 mV) > VOC,TPA-A (629.52 mV) > VOC,TPA-N (624.83 mV) > VOC,TPA-B (619.15 mV) and FFTPA- Fc (57 %) > FFTPA-A (56 %) > FFTPA-B (55 %) > FFTPA-N (53 %), respectively, under the air mass (AM) 1.5 G standard light condition. The impact of the mentioned π-bridges on electronic structure of dyes and the intramolecular charge transfer (ICT) were considered by measuring highest occupied molecular orbital (HOMO), lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) levels and band gap (Eg) using density functional theory (DFT) quantum calculation method. For the mentioned results some key analysis was applied that consist of Fourier transform-infrared (FT-IR) spectroscopy, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), field-emission scanning electron microscopy (FESEM) and linear sweep voltammetry (LSV) that inferred to the fact that that synthesizing organic dyes with a long conjugated π-bridges could provide well-matched HOMO and LUMO levels, higher ε and stronger “push-pull” effect in molecular building block that can enhance the η values. As another key finding of this study it could be referred to the fact that effect of the incorporating Fc π-bridge which empowers the ICT from donor (D) to acceptor (A) due to presence of quantum interference effects (QIEs). This result discloses a new trend for designing more efficient organic dye to find application in DSSCs.
كليدواژه هاي فارسي
سوخت هاي فسيلي , حساس كننده , سلول خورشيدي
كليدواژه هاي لاتين
Sensitizer , Fossils fuels , solar cell
Author
Karim Khan Mohammadi
SuperVisor
Dr. Zamani