30891

بررسي تاثير نقره و اسپينل آهن كبالت بر افزايش بازدهي سلول¬هاي خورشيدي حساس شده به ماده رنگزا

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- سراميك

1399

1402/11/29

سيد محمد ميركاظمي - جعفر جوادپور

اميرمسعود اعرابي

مهندسي مواد و متالورژي

در پژوهش حاضر، هدف اصلي بهبود بازدهي سلول هاي خورشيدي حساس شده به مواد رنگزا با استفاده از افزودني فريت كبالت و نقره به الكترودآند در غياب و حضور ميدان مغناطيسي خارجي است. به اين منظور، نانوذرات فريت كبالت سنتز شده با روش هيدروترمال در چهار درصد وزني 2، 4، 6 و 8 و نانوذرات نقره سنتز شده با روش هم رسوبي در چهار درصد وزني 0/2، 0,3، 0/5 و 0/9 با الكترودآند TiO2 مخلوط شده است. بررسي هاي فازي توسط آناليز پراش اشعه ايكس(XRD)، مورفولوژيكي توسط ميكروسكوپ الكتروني نشر ميداني(FESEM)، خواص نوري توسط طيف سنج مرئي(UV-VIS)، خواص مغناطيسي توسط مغناطش سنج ارتعاشي(VSM) و پارامترهاي فتوولتائيك سلول هاي تهيه شده با استفاده از دستگاه شبيه ساز نور خورشيدي انجام گرفته است. در اين پژوهش، آناليزهاي فازي و ريزساختاري نشان داد، نانوذرات فريت كبالت سنتز شده داراي مورفولوژي كروي با اندازه دانه كمتر از 20 نانومتر، نانوذرات نقره سنتز شده داراي موفولوژي كروي با اندازه دانه كمتر از 30 نانومتر و فتواندهاي تهيه شده داراي سطح صاف و يكنواخت با محدوده دانه بندي 12-30 نانومتر مي باشند. بررسي خواص مغناطيسي نانوذارت فريت كبالت نشان داد، مغناطش اشباع emu/g60 و نيروي وادارندگي Oe1700 است. همچنين بررسي رفتار نوري مخلوط تهيه شده حاوي TiO2/6%wt CoFe2O4 نشان داد، بيشينه جذب در طول موج 200-300 نانومتر و در مخلوط TiO2/0.5%wt Ag در طول موج 300-400 نانومتر بوده است. نتايج آزمون فتوولتائيك نشان داد، بازده سلول خورشيدي حساس شده به مواد رنگزا در غياب ميدان مغناطيسي خارجي با الكترودآند TiO2/ 6%wtCoFe2O4 در مقايسه با سلول مرجع از 3/16% به 5/67% افزايش داشته و بازده سلول خورشيدي حساس شده به مواد رنگزا با الكترود آند TiO2/0.5%wt Ag در مقايسه با سلول مرجع از 3/16% به 3/99 % افزايش داشته است. در نهايت مخلوط TiO2/6%wt CoFe2O4/0.5%wt Ag به عنوان الكترود آند در سلول خورشيدي لايه نشاني شد و بازده سلول خورشيدي در غياب ميدان مغناطيسي خارجي به 6/23% افزايش يافت. در نهايت با اعمال ميدان مغناطيسي خارجي در سلول هاي خورشيدي تقويت شده با نانوذراتTiO2/6%wt CoFe2O4، بازده از 5/67 % به 7/3% افزايش داشت و در آند حاوي مخلوط TiO2/6%wt CoFe2O4/0.5%wt Ag، بازده از6/23% به 6/51% افزايش داشته است. كه اين امر ناشي از سركوب فرايندهاي تركيب مجدد و افزايش طول عمر الكترون هاي تهييج شده در مواجهه با نور فرودي مي باشد.

1403/02/23

The effect of silver and cobalt iron spinel on increasing the efficiency of dye-sensitized solar cells

2/17/2025 12:00:00 AM

In the current research, the main goal is to improve the efficiency of dye-sensitized solar cells by using addition of cobalt ferrite and silver to the electrode in the presence of an external magnetic field and in the absence of the field. For this purpose, cobalt ferrite nanoparticles synthesized by hydrothermal method in four weight percents of 2, 4, 6 and 8 and nanoparticles silver particles synthesized by co-precipitation method in four weight percents of 0.2, 0.3, 0.5 and 0.9 are combined with TiO2 electrode. Phase studies by X-ray diffraction analysis (XRD), morphological by field emission electron microscope (FESEM), optical properties by visible spectrometer (UV-VIS), magnetic properties by vibrating magnetometer (VSM) and the photovoltaic properties of the synthesized nanoparticle have been performed using a solar light simulator. In this research, phase and microstructural analyzes showed that the synthesized cobalt ferrite nanoparticles have a spherical morphology with a grain size of less than 20 nm, the synthesized silver nanoparticles have a spherical morphology with a grain size of less than 30 nm, and the prepared mixtures have a smooth surface and They are uniform with a grain size range of 12-30 nm. Investigation of the magnetic properties of cobalt ferrite nanorod showed that the saturation magnetization is 60emu/g and the coercive force is 1700 Oe. Also, the investigation of the optical behavior of the prepared mixture containing TiO2/6%wt CoFe2O4 showed that the maximum absorption was at the wavelength of 200-300 nm and in the TiO2/0.5%wt Ag mixture at the wavelength of 300-400 nm. Photovoltaic test results showed that the efficiency of the dye-sensitized solar cell with TiO2-6%wtCoFe2O4 electrode has increased from 3.16% to 5.67% compared to the reference cell. Also, the efficiency of the dye-sensitized solar cell with TiO2-0.5wt% Ag anode electrode has increased from 3.16% to 3.99% compared to the reference cell. Finally, TiO2-6%wt CoFe2O4-0.5wt% Ag composite was layered as the anode electrode in the solar cell and the efficiency of the solar cell increased to 6.23% in the absence of an external magnetic field. Finally, by applying an external magnetic field in solar cells reinforced with TiO2-6%wt CoFe2O4, it increased from 5.67% to 7.3% and in the anode containing TiO2-6%wt CoFe2O4-0.5wt% Ag composite, the efficiency has increased 6.23% to 6.51%. This is due to the suppression of recombination processes and the increase in the lifetime of excited electrons in the face of incident light.

سلول هاي خورشيدي حساس شده به مواد رنگزا , تيتانيوم دي اكسيد , نانو ذرات فريت كبالت , نانو ذرات نقره , ميدان مغناطيسي خارجي

dye- sensitized solar cells , Tio2 , nanoparticles of cobalt ferrite , nanoparticles of silver , external magnetic field

Leila Taghavi Ranjbar

Dr. Mohammad Mir Kazemi