31955

بررسي الكتروكاتاليست‌هاي آلي-فلزي جهت كاربرد در الكترود شمارنده سلول هاي خورشيدي رنگدانه‌اي

كارشناسي ارشد

فيزيك ماده چگال

1400

1403/7/10

دكتر محمدرضا زماني ميميان

-

فيزيك

با توجه به رشد استفاده از سلول‌هاي خورشيدي، سلول‌هاي خورشيدي از نسل‌هاي مختلف مورد بررسي و استفاده قرار گرفته‌اند. در اين ميان سلول خورشيدي رنگدانه‌اي از سلول‌هاي خورشيدي نسل سوم مي‌باشد كه از اجزاي مختلفي از جمله الكترود شمارنده و الكتروليت ساخته‌ شده‌است كه در بازدهي سلول خورشيدي تاثير بسزايي دارد. در سلول خورشيدي رنگدانه‌اي به طور معمول از الكترود شمارنده پلاتين و الكتروليت يديد/تري‌يديد استفاده مي‌شود. به علت وجود مواردي از قبيل هزينه بالا، پايداري پايين در برابر خوردگي پلاتين محققان بر روي مواد ديگري به عنوان جايگزين پلاتين و همچنين به علت ايجاد اثر خورندگي الكتروليت يديد/تري‌يديد بر روي الكترود‌ها به دنبال جايگزيني اين الكتروليت با مواد ديگر بوده‌اند و پژوهش و بررسي انجام داده‌اند. در اين پژوهش طراحي يك مولكول با فلز مركزي آهن كه به اتم‌هايي از قبيل نيتروژن، كربن، گوگرد و فلوئور متصل مي‌باشد به عنوان الكتروكاتاليست آلي-فلزي به عنوان جايگزين پلاتين انجام شده‌است و با انجام محاسبات در نرم‌افزار گوسين و به كارگيري نظريه تابعيت چگالي و بررسي آناليز‌هاي به دست آمده اين نتيجه به دست آمد كه در اين مولكول جدايي بار مثبت و منفي رخ داده است كه اين مورد بيانگر اين است كه در اين مولكول اختلاف پتانسيل الكتريكي وجود دارد كه منجر به حركت الكترون‌ها مي‌شود كه اين مولكول را براي انتقال بار مناسب مي‌نمايد كه در رابطه با سلول خورشيدي رنگدانه‌اي اين تركيب را براي الكترود شمارنده به منظور انتقال الكترون به الكتروليت مناسب مي‌كند و همچنين، تركيب ديگري كه متشكل از نيكل به عنوان فلز مركزي مي‌باشد كه اين تركيب هم داراي جدايي بار‌ مثبت و منفي مي‌باشد و كه اين مورد بيانگر اين است كه در اين مولكول اختلاف پتانسيل الكتريكي وجود دارد كه منجر به حركت الكترون‌ها مي‌شود كه اين مولكول را براي انتقال بار مناسب مي‌نمايد و انتقال الكترون‌ها و حفره‌ها به منظور احياي رنگدانه و واكنش اكسايش-كاهش بهبود پيدا مي‌كند و مي‌تواند گزينه مناسبي به عنوان جايگزين الكتروليت يديد/تري‌يديد باشد. براي بررسي اين تركيب نيز از نرم‌افزار گوسين و گوس‌ويو و روش تابعيت چگالي استفاده شده‌است. اين دو تركيب، تركيب‌هاي پايداري هستند و همچنين با توجه به آناليز‌هاي انجام‌شده اين تركيبات از قسمت‌هاي HOMO و LUMO در برهمكنش‌ها و واكنش‌ها شركت مي‌كنند. به همين ترتيب، اين دو تركيب مي‌توانند جايگزين‌هاي مناسبي براي پلاتين و تري‌يديد/يديد باشند و ويژگي‌هاي مناسبي از قبيل پايداري، انتقال بار مناسب از خود نشان دهند و مي‌توانند در سلول خورشيدي رنگدانه‌اي به كار روند كه اين امر، موجب افزايش بازدهي و انجام بهتر و سريع‌تر فرايند‌ احياي رنگدانه و واكنش‌هاي اكسايش-كاهش الكتروليت مي‌شود.

1403/10/10

Investigation of organometallic electrocatalysts as counter electrodes in dye-sensitized solar cells

10/1/2025 12:00:00 AM

In this respect, with the growth in usages of solar cells, different generations of solar cells have been analyzed and applied. Out of all the different generations of solar cells, the third generation includes the dye-sensitized solar cells, which consist of different parts; among them, the counter electrode and electrolyte play a vital role in the efficiency of the solar cell. Commonly, DSSCs consist of a platinum counter electrode along with an iodide/triiodide electrolyte. Owing to high costs and low stability against platinum corrosion, among other problems, the search for alternatives is continuously being pursued. Besides this, since iodide/triiodide exerts a corrosive effect on the electrodes, alternative electrolytes have been sought out instead of iodide/triiodide. In the present work, an organometallic electrocatalyst with an iron central metal connected to atoms like nitrogen, carbon, sulfur, and fluorine has been designed to replace platinum. Further analysis has been made by means of Gaussian software using DFT. From the obtained analyses, this molecule exhibited a separation of charges. That is a kind of indication that there is a difference in electric potential in this molecule so that electron movement occurs. Therefore, the molecule is suitable for charge transfer. In DSSCs, this can be suitable for the counter electrode to transfer electrons to the electrolyte. Further, one more compound containing nickel as a central metal shows the positive and negative separation of charges, which ultimately indicates that there is an electric potential difference causing electron movement. This will make the molecule suitable for charge transfer, improving electron and hole transfer for dye regeneration and the redox reactions. It could serve as a suitable alternative to the iodide/triiodide electrolyte. This compound was also studied with the help of Gaussian and GaussView software and with the DFT methods. These two compounds are stable and, from analyses, interact and react through their HOMO and LUMO regions. These two compounds can act as suitable alternatives for platinum and iodide/triiodide, with properties such as stability and appropriate charge transfer, which could be utilized in DSSCs. This would lead to heightened efficiency and better, quicker dye regeneration and redox reactions of the electrolyte.

سلول خورشيدي رنگدانه‌اي , ،الكترود شمارنده , ،الكتروليت , ،نظريه تابعيت چگالي , ،الكتروكاتاليست آلي-فلزي

dye-sensitized solar cells , ،counter electrode , ،electrolyte , ،Density Functional Theory , ،organometallic electrocatalysts

Zahra Delavar

Dr.MohammadReza Zamani Mimian