27265

مطالعه نانو مولكول هاي زيستي و بررسي خواص فيزيكي آن‌ها جهت افزايش راندمان سلول هاي خورشيدي مبتني بر پروتئين هاي گياهي

كارشناسي ارشد

فيزيك- فيزيك ماده چگال

1397

1400/4/14

ادريس فيض آبادي

رسول اژئيان - غلامحسين رياضي

فيزيك

در اين پايان نامه با توجه به اثر فتوولتاييك كه به توليد سلول هاي خورشيدي انجاميده است سعي به بررسي و مطالعه سلول هاي خورشيدي مبتني بر نانو مواد متشكل از پروتئين هاي گياهي ميپردازيم. با توجه به نياز روزافزون بشر به انرژي و مشكلات بوجود آمده از مصرف سوخت هاي فسيلي چون گرم شدن كره زمين، آلودگي زيست محيطي كه موجب به خطر انداختن سلامت و زندگي انسان ها، جانداران و گياهان مي شود، بسيار واجب و ضروري است كه به فكر انرژي هايي پاك و سازگار با محيط زيست و البته تجديد پذير براي تامين انرژي باشيم. با نگاه به پديده ي شگفت انگيز فتوسنتز و كاوش در اعماق آن، به مجموعه ي پروتئيني فتوسيستم 1 و 2، موجود در گياهان و جلبك ها و برخي سيانوباكتري ها برخورد ميكنيم كه به عنوان يك فتوديود طبيعي با بازده كوانتومي نزديك به واحد، قابليت جذب فوتون و توليد الكترون به منظور توليد هيدروكربن ها را دارد. عملكرد فوق العاده فتوسيستم ها، فراواني طبيعي فوتوسيستم 1 (PS1) و فوتوسيستم 2 (PS2)، همراه با قابليت هاي قابل توجه آن مانند بازده كوانتومي داخلي % 100 و ابعاد نانو متري آن، در كنار ساير اُرگان هاي فتوسنتز كننده، ما را بر آن داشت كه از طبيعت الهام گيريم و در زمينه ي انرژي هاي پاك به خصوص سلول هاي خورشيدي حالت جامد توجه خود را معطوف به پروتئين هاي فتوسيستم 1 و2 كنيم. با وجود انواع سلول هاي خورشيدي حاضر، جاي خالي سلول خورشيدي اي كه هيچ گونه آلودگي محيط زيستي نداشته باشد و كاملا از طبيعت الگو برداري كرده و الهام گرفته باشد، خالي است. در اين تحقيق سعي شده با توجه به اهميت محيط زيست و استفاده از انرژي هاي تجديد پذير، سلولي طراحي شود كه لايه ي فعال آن ارگانيك و بدست آمده از طبيعت (گياهان، جلبك ها و سيانو باكتري ها) مي‌باشد. از بازدهي صد در صدي پروتئين گياهان، جلبك ها و سيانو باكتري ها بهره برده و از آن به جاي لايه ي فعال سلول خورشيدي مورد نظر استفاده ميكنيم. به صورت خلاصه، گويي بدست آوردن انرژي الكتريكي از گياهان امكان پذير شده است. از طرفي خواستار استفاده از تكنولوژي نانو در اين پروژه بوديم. از ميان نانو فلزاتي كه ميتوانستيم به لايه فعال سلول خورشيدي اضافه كنيم، با توجه به اين نكته كه نانو ذره طلا پايداري مناسب، برهمكنش پايين و هدايت پذيري بالا براي الكترون دارد؛ بهترين گزينه پيش رو، استفاده از نانو ذرات طلا بود. در اين پروژه علاوه بر تحقق بخشيدن به ساخت سلول خورشيدي و استفاده از روش هاي پيشرفته آزمايشگاهي در آزمايشگاه لايه نازك دانشگاه علم و صنعت و آزمايشگاه بيوفيزيك-بيوشيمي دانشگاه تهران، درصدد بكارگيري شبيه سازي اوليه اين نوع سلول هاي خورشيدي برآمديم. و با توجه به پيشرفت برنامه هاي كامپيوتري و سيستم هاي شبيه سازي، سعي در پيدا كردن مكانيزم نزديك به واقع فرآيند فتوسنتز در فتوسيستم ها كرديم.

1401/03/30

Bio-Organic solar cells based on protein complex (study of biological nano-molecules and their physical properties to increase the efficiency of plant cells based on plant proteins

1/1/1900 12:00:00 AM

Given the growing human need for energy and the problems caused by the consumption of fossil fuels such as global warming, and environmental pollution that endangers the health and lives of humans, living things, and plants, it is very necessary to Think of clean, environmentally friendly and, of course, renewable energy sources. Looking at the amazing phenomenon of photosynthesis and exploring its depths, we come across the protein complexes of photosystems 1 and 2, found in plants, algae, and some cyanobacteria, which can be absorbed as a natural photodiode with near-unit quantum efficiency. It has photons and electrons to produce hydrocarbons. The extraordinary performance of photosystems, the natural abundance of photosystem 1 (PS1) and photosystem 2 (PS2), along with their remarkable capabilities such as 100% internal quantum efficiency and nanometer dimensions, along with other photosynthetic organs, make us It was inspired by nature and focused on this protein complex in the field of clean energy, especially solid-state solar cells. Despite the variety of solar cells present, the vacancy of a solar cell that has no environmental pollution and is completely modeled and inspired by nature is empty. In this idea, considering the importance of the environment and the use of renewable energies, an attempt has been made to design a cell whose active layer is organic and obtained from nature (plants, algae, and cyanobacteria). We take advantage of the 100% efficiency of plant proteins, algae, and cyanobacteria and use it instead of the active layer of the desired solar cell. In short, it seems that it is possible to obtain electrical energy from plants.

Saeede Golmohammadi

Dr. Edris Ezheeiyan