14494

14494

مطالعه تئوري سل‌هاي خورشيدي حساس شده با رنگ بر پايه نانوساختارهاي نيمه هادي

دكتري

شيمي‌فيزيك

خرداد ماه 1394

خرداد ماه 1394

دكتر سيدمجيدهاشميان زاده

شيمي

چكيده سل¬هاي خورشيدي حساس به رنگ، به دليل هزينه ساخت كمتر، بازدهي تبديل نسبتاً بالا و انعطاف¬پذيري در ساخت و كاربرد، بسيار مورد توجه قرار گرفته¬اند. در قسمت اول اين پروژه، ساختار هندسي، خواص الكتروني و طيف جذبي رنگدانه¬هاي آلي با پهناي نوار كوچك بر پايه¬ي آزو پيرول، با استفاده از روش¬هاي محاسباتي به منظور توصيف و تأييد نتايج تجربي مورد بررسي قرار گرفتند. بار متمركز بيشتر بر روي گروه متصل شونده¬ در رنگ داراي گروه سولفونيك اسيد، طول عمر طولاني¬تر اولين حالت برانگيخته، τ، ثابت جفت¬شدگي الكتروني بيشتر اين رنگ و بيشترين تغيير انرژي نوار هدايت TiO2 در اثر اتصال اين رنگ روي نيمه¬هادي (ECBΔ)، نشان-دهنده¬ي Voc بيشتر اين رنگ نسبت به رنگ¬هاي ديگر مي¬باشد كه تأييدكننده¬ي نتايج تجربي مي¬باشد. در قسمت دوم كار، اثر گروه¬هاي متصل شونده¬ي مختلف بر روي خواص الكتروني و نوري رنگ¬هاي آزوپيرول، به منظور ارزيابي بهترين رنگدانه، مورد بررسي محاسباتي قرار گرفته شده است. بر پايه¬ي اين نتايج، رنگ بر پايه¬ي گروه –CSSH، بيشترين طول موج جذبي، پهن-ترين طيف جذبي و بيشترين بازده برداشت نور LHE، طولاني¬ترين طول عمر الكتروني حالت برانگيخته، بيشترين وزن اوربيتال¬LUMOبر روي اتم¬هاي گروه متصل شونده، QLUMO، را دارد كه نشان¬دهنده¬ي توانايي بالا در تزريق الكتروني از رنگ به نيمه¬هادي مي¬باشد. همچنين ECBΔ در اثر جذب اين رنگ بيشتر از ساير رنگ¬ها بوده كه به نوعي نشان¬دهنده¬ي Voc بيشتر اين رنگ مي¬باشد. در قسمت سوم اين پروژه، شش رنگ بر پايه¬ي گروه آزو با گروه¬هاي مزدوج مختلف، به منظور بررسي پارامترهاي مؤثر بر Jsc و Voc در اين رنگ¬ها، با روش¬هاي محاسباتي مورد بررسي قرار گرفتند. بازده برداشت نور LHE، نيروي محركه تزريق الكترون، ΔGinject، و وزن اوربيتال¬-LUMOبر روي اتم¬هاي گروه متصل شونده، QLUMO، كه مرتبط با Jsc مي¬باشند، و نيز ارزيابي بازتركيب بين الكترون¬هاي نوار هدايت TiO2 و الكتروليت يا رنگ اكسيده شده و نيز ECBΔ در اثر اتصال اين رنگ¬ها به TiO2 كه مرتبط با Voc مي¬باشد از طريق محاسبات كوانتومي قابل دستيابي است. البته محاسبات طول عمر الكتروني حال برانگيخته و محاسبات انتقال بار نيز به منظور بررسي انتقال بار در اين رنگ¬ها انجام شده است. نتايج پارامترهاي مؤثر بر Jsc و Voc نشان مي¬دهد كه رنگ¬هاي بر پايه¬ي فلورن و كربازول داراي Jsc و Voc بيشتر و در نتيجه بازدهي بيشتري نسبت به ساير رنگ¬ها مي¬باشند. واژه¬هاي كليدي: سل¬هاي خورشيدي حساس به رنگ، تئوري تابعي چگالي (DFT)، تئوري تابعي چگالي وابسته به زمان (TDDFT)، طيف جذبي الكتروني، تيتانيوم دي¬اكسيد (TiO2)