بهبود عملکرد

دانلود پایان نامه

برش داده شده در چند مرحله به شرح زير انجام مي شود:
– شستشو با آب وصابون در حمام فراصوت43 به مدت 2 تا 6 دقيقه در دماي اتاق
– شستشو با آب بدون يون
– شستشو با محلول 0.1 مولار هيدروکلريدريک اسيد (HCl) در اتانول در حمام فراصوت به مدت 2 تا 6 دقيقه در دماي اتاق
– شستشو با آب بدون يون
– شستشو با استون در حمام فراصوت به مدت 2 تا 6 دقيقه در دماي اتاق
– شستشو با آب بدون يون
– شستشو با اتانول در حمام فراصوت به مدت 2 تا 6 دقيقه در دماي اتاق
پس از شستشو، شيشه هاي FTO توسط فشار گاز نيتروژن يا هوا خشک ،خشک مي شود.
بعد از شستشوي FTO به منظور جلوگيري از باز ترکيب الکترون-حفره در فصل مشترک بين FTO و الکتروليت، لايه?اي نازک از TiO2 به ضخامت حدود 20 تا 30 نانومتر به شرح ذيل بر روي FTO پوشش داده مي شود:
زيرلايهها در محلول آبي تيتانيوم تتراکلرايد (TiCl4) با غلظت 40 ميلي مولار به مدت 30 دقيقه در دماي C°70 درون آون قرار مي گيرند. در اين مرحله TiCl4 هيدروليز مي شود و لايه نازکي از TiO2 بر روي FTO مي نشيند. بعد از لايه?نشاني، لايه?ها را با آب بدون يون و اتانول شستشو مي دهيم و با گاز نيتروژن خشک مي کنيم.
3-3-1-2-لايه نشاني خمير نانوذره?اي TiO2 به روش دکتر بليد44
ابتدا چسب اسکاچ با ضخامت 50 ميکرون را مطابق شکل 3-2 بر روي لايه?هاي FTO مي چسبانيم. مقداري از خمير TiO2 (PST-20T) حاوي نانوذرات 20-25 نانومتري را با ميله?ي شيشه?اي بالاي هر لايه مي گذاريم و بوسيله ي پيپت پاستور با فشار يکنواخت دست و بدون چرخش پيپت آن را بر روي FTO پوشش مي دهي که اين روش لايه?نشاني، به روش دکتر بليد معروف است. اين خمير براي تهيه لايه شفاف TiO2 با بلورينگي بالا و قدرت جذب رنگ زياد به کار مي رود. اين لايه شامل نانو?ذرات TiO2 در فاز کريستالي آناتاز با اندازه?ي 20-25 نانومتر است که سطح زيادي براي جذب نقاط کوانتومي فراهم مي کند. لايه ايجاد شده توسط روش دکتر بليد پس از عمليات حرارتي کاملا شفاف بوده و اجازه ي عبور نور را مي دهد.

شکل ‏3-2 .روش پوشش دهي چسب اسکاچ بر روي FTO جهت لايه نشاني به روش دکتر بليد

شکل ‏3-3.تهيه لايه به روش دکتر بليد از نانو ذرات TiO2
بعد از پوشش لايهTiO2 ، همان طور که در قسمت (e) شکل 3-3 آمده است، لايه?ها را به مدت 2 دقيقه تحت بخار اتانول مي گذاريم سپس لايه?ها به مدت 6 دقيقه در دماي C?120درون آون حرارت داده مي شوند. در ادامه فرايند ذکر شده تکرار مي شود و لايه?ي ديگري از خمير TiO2 به روش دکتر بليد بر روي لايه قبلي پوشش داده مي شود. سپس خمير (PST-400RS) حاوي نانو ذرات400 نانومتري TiO2 به همين روش لايه?نشاني ميشود. اين خمير جهت ساخت لايه?اي از TiO2 با قابليت بازتاب پخشي نور استفاده مي شود. خمير، حاوي ذرات چند صد نانومتري TiO2 روتايل با پوششي از SiO2 است. لايه پراکننده ضمن دارا بودن خاصيت بازتاب مناسب باعث افت خواص الکتريکي سلول نمي شود.
بعد از اين مرحله چسب هاي اسکاچ از سطح جدا مي شود و لايه ها آماده براي پخت حرارتي مي شوند.
3-3-1-3-پخت حرارتي در کوره
بعد از لايه?نشاني به روش دکتر بليد پخت حرارتي لايه ها تا دمايC ?500 به ترتيب زير انجام ميشود:
قرار گرفتن لايه?ها در دماي 325 درجه به مدت 5 دقيقه
قرار گرفتن لايه?ها در دماي 375 درجه به مدت 10 دقيقه
قرار گرفتن لايه?ها در دماي 450 درجه به مدت 15 دقيقه
قرار گرفتن لايه?ها در دماي 500 درجه به مدت 30 دقيقه
پس از اتمام مراحل ذکر شده در بالا، وبه منظور ترک نخوردن لايه?ها، آن ها را به آرامي تا دماي اتاق سرد مي کنيم.
3-3-1-4-حساس?سازي فوتوآند با نقاط کوانتومي کادميوم سولفيد به روش سيلار (SILAR)45
مروري بر تحقيقات نشان مي دهد که ساختار کادميوم سولفيد / کادميوم سلنيد به عنوان آندي بهينه شده با بازدهي مناسب براي ساخت سلول?هاي حساس شده با نقاط کوانتومي به کار مي?رود. ما در اين تحقيق اين ساختار را براي الکترود آند استفاده مي?کنيم و به بهينه کردن کاتد مي?پردازيم[98-99].
در اين جا براي رشد نقاط کوانتومي بر روي نانو ذرات TiO2 مزوپروس از دو روش جذب و واکنش پي در پي يوني سيلار (SILAR) و روش لايه?نشاني حمام شيميايي (CBD)46 استفاده مي?شود.
به منظور رشد نقاط کوانتومي کادميوم سولفيد از روش سيلار استفاده مي?شود .اين روش، ساده، ارزان و بر پايه?ي جذب سطحي و واکنش بين يون ها مي باشد. در روش سيلار دو پيش ماده يکي حاوي کاتيون و ديگري حاوي آنيون تهيه مي شود و زير لايه ابتدا در پيش ماده کاتيون غوطه ور مي?شود و تعدادي از يون ها بر سطح زير لايه جذب مي?شوند و يون هايي که پيوند سست?تري دارند در مرحله ي شستشو جدا مي?شوند و سپس زير لايه وارد محلول حاوي آنيون شده که پيوند يوني بين کاتيون هايي که در مرحله قبل روي زير لايه جذب شدند بر قرار مي گردد و در ادامه زير لايه در محلول شستشو غوطه ور شده تا يون هايي که کاملاً نچسبيده?اند جدا شوند. هر يکبار طي کردن مراحل فوق يک دوره سيلار ناميده ميشود و براي کنترل ضخامت لايه، تعداد دفعات سيلار تعيين کننده است.
براي رشد نانو ذرات کادميوم سولفيد به روش سيلار يک پيش ماده حاوي کاتيونCd2+ (محلول 5/0 مولار کادميوم نيترات در اتانول) و يک پيش ماده حاوي آنيون S2- (محلول 5/0 مولار سديم سولفيد در آب/متانول) تهيه شد و به ترتيب مراحل ذيل را انجام مي دهيم:
– لايه?ها را درون محلول 5/0 مولار کادميوم نيترات در اتانول به مدت 5 دقيقه غوطه ور مي?کنيم.
– لايه?ها را درون محلول اتانول به مدت 1 دقيقه شستشو مي?دهيم.
– لايه?ها را با جريان هوا خشک مي?کنيم.
– لايه?ها را درون مح
لول 5/0 مولار سديم سولفيد در آب/متانول به مدت 5 دقيقه غوطه ور مي?کنيم.
– لايه?ها را درون محلول متانول به مدت 1 دقيقه شستشو مي?دهيم.
– لايه?ها را با جريان هوا خشک مي?کنيم.
براي تشکيل لايه اي با ضخامت و بازدهي بهينه?، جهت پوشش نانو ذرات CdS، 5 دوره سيلار انجام مي?شود [100].
نحوه??ي لايه?نشاني نانوذرات کادميوم سولفيد به روش سيلار درشکل 3-4 نشان داده شده است.

شکل ‏3-4. نحوه ي انجام روش سيلار براي لايه نشاني نانوذرات کادميوم سولفيد

همان طور که شکل 3-5 نشان داده است؛ بعد از طي مراحل فوق لايه ها به رنگ زرد در مي آيند:

شکل ‏3-5 . رنگ لايه ها بعد از لايه نشاني کادميوم سولفيد
3-3-1-5-ساخت نقاط کوانتومي CdSe و حساس?سازي آند به روش حمام شيميايي(CBD)
به منظور رشد نانو?ذرات کادميوم سلنيد بر روي لايه?ي کادميوم سولفيد از روش حمام شيميايي استفاده مي?شود .در اين جا يک منبع کادميوم و يک منبع سلنيوم و يک ماده به عنوان کاتاليزگر لازم است. جهت ساخت پيش ماده?ي سلنيوم، سديم سلنا سولفيت (Na2SeSO3) با غلظت 80 ميلي مولار؛ در ابتدا 32/0 گرم پودر Se و 26/1 گرم سديم سولفيت Na2SO3 و 50 سي سي آب بدون يون حاضر شد و درون بالوني در بسته به مدت 3 ساعت در حمام 70 درجه بر روي همزن مغناطيسي قرار گرفت و بدين ترتيب محلول بي رنگي از سلنيوم حاضر شد.

شکل ‏3-6. نحوه ي آماده شدن پيش ماده ي سلنيوم درون حمام آب
ذرات سياه رنگ سلنيوم به تدريج تحت حرارت درون محلول آبي تا حدودي حل مي شوند و محلول بي رنگي مطابق شکل 3-7 حاصل مي شود. براي جدا کردن ذرات باقيمانده سلنيوم از محلول از فيلتر 450 نانو?متري استفاده شده است.

شکل ‏3-7. تصوير تغيير رنگ پيش ماده سلنيوم به محلولي بي رنگ
به اين ترتيب محلول شماره 1: Na2SeSO3 آماده مي شود، در ادامه دو محلول ديگر به ترتيب زير آماده مي?شوند :
محلول شماره 2 : 65/1 گرم ماده نيتريليوتري استيک اسيد 47در 50 سي سي آب بدون يون حل مي?شود.
محلول شماره 3 :026/1 گرم کادميوم سولفات (CdSO4 ) در 50 سي سي آب بدون يون حل مي?شود.
3 محلول فوق به نسبت هاي زير و به ترتيب ابتدا محلول شماره2 و سپس محلول شماره 3 و1 ترکيب مي شوند:
محلول 1 :
محلول 2 :
محلول 3
1 :
2 :
2
محلول حاصل چند دقيقه روي همزن مغناطيسي گذاشته شد و سپس الکترود?هاي تيتانيوم اکسيد حساس شده با کادميم سولفيد درون آن قرار داده شدند و به مدت 18ساعت در تاريکي و در دماي 10 درجه سانتي گراد در اين حمام غوطه ور شدند. پس از گذشت 18 ساعت لايه?ها و محلول تغيير رنگ دادند و به رنگ نارنجي در آمدند (شکل 3-8). سپس اين الکترود ها با آب بدون يون شستشو داده شدند و به وسيله?ي جريان هوا خشک شدند .

شکل ‏3-8. لايه هاي CdS درون پيش ماده سلنيوم
بعد از پوشش لايه?ها با نقاط کوانتومي CdSe ، لايه?ها با روي سولفيد(ZnS) پوشش داده شدند. مهم ترين اثر ZnS غير فعال کردن تله?هاي سطحي و در نتيجه جلوگيري از به تله افتادن الکترون وحفره?هاي برانگيخته شده توسط نور، در تله?هاي موجود در ساختار است، همچنين موجب افزايش پايداري نقاط کوانتومي در تماس با الکتروليت مي شود [101]. بنابراين الکترون هاي برانگيخته شده مي توانند به طور مؤثري به نوار رسانش TiO2 منتقل شوند و در نتيجه چگالي جريان بالاتري مي تواند بدست آيد. ازطرف ديگر، پوشش ZnS مي تواند به عنوان سد پتانسيل در نقطه تماس نقاط کوانتومي و الکتروليت در نظرگرفته شود و از نشت الکترون ها از نقاط کوانتومي CdSe به الکتروليت جلوگيري کند؛ زيرا گاف انرژي آن بزرگ تر از گاف انرژي CdSe است بنابراين به منظور پايداري و بهبود عملکرد الکترود?ها بعد از اين مرحله الکترودها به وسيله ي لايه ي محافظ روي سولفيد به روش سيلار لايه نشاني شدند، در اين مرحله از محلول?هاي 1/0 مولار روي استات در آب بدون يون و محلول 1/0 مولار سولفيد سديم در آب بدون يون تهيه شد و لايه?ها ابتدا در پيش?ماده Zn2+ به مدت 1 دقيقه غوطه ور شدند و سپس در بشر آب بدون يون به مدت 1 دقيقه شستشو داده شدند بعد از شستشو در محلول پيش ماده S2- به مدت 1 دقيقه قرار گرفتند و در آخر بار ديگر در بشر آب بدون يون جهت شستشو به مدت 1 دقيقه غوطه ور شدند و با اين کار يک دوره سيلار ZnS کامل گشت. ( شکل 3-9) براي تمام الکترودها 2 سيکل سيلار پوشش روي سولفيد انجام شد. بعد از لايه نشاني روي سولفيد لايه ها تغيير رنگ داده و به رنگ زرشکي درآمدند که در شکل 3-10 اين تغيير رنگ آمده است. بعد از اين مرحله به وسيله?ي شيشه ي نازک الکترود?هاي آند در ابعاد 5/0 × 5/0 سانتي?متر تراشيده مي?شوند.

شکل ‏3-9. روش سيلار براي لايه نشاني لايه روي سولفيد بر روي آندها

شکل ‏3-10 . تغيير رنگ در اثر لايه نشاني روي سولفيد
3-3-2-آماده?سازي الکترود کاتد
جهت آماده سازي الکترود کاتد قبل از مراحل شستشو با مته مخصوص از طرف FTO سوراخي براي تزريق الکتروليت ايجاد شد.
3-3-2-1-ساخت کاتد نوع اول از جنسCuS
به روش سيلار لايه نازکي از مس سولفيد روي FTO (رساناي اکسيد قلع آلاييده شده با فلوئور ) لايه نشاني شد به اين منظور محلول هايي با مشخصات زير تهيه شد:
30 سي سي محلول نيترات مس با غلظت 5/0 مولار در آب بدون يون
30 سي سي اتانول جهت شستشو
30 سي سي محلول سولفيد سديم با غلظت 5/0 مولار در آب بدون يون
30 سي سي اتانول جهت شستشو
الکترود ها به مدت 1 دقيقه در هريک از محلول هاي حاوي نيترات مس و سولفيد سديم و 30 ثانيه در محلول هاي شستشو غوطه ور شده ?اند و بعد از هر بار شستشو با هواي خشک کاملاً خشک مي شدند. هر ب
ار طي کردن مراحل بالا 1 سيلار CuS محسوب مي شود و نتايج نشان داد با 5-6 سيلار CuS به بازدهي قابل قبولي در سلول ها مي رسيم.
3-3-2-2-ساخت کاتد نوع دوم از جنس PbS
به روش سيلار لايه نازکي از سرب سولفيد روي FTO پوشش داده شد که از محلول هاي ذيل استفاده شد:
30 سي سي محلول سرب نيترات 4 آبه با غلظت 02/0 مولار در متانول
30 سي سي متانول جهت شستشو
30 سي سي محلول سديم سولفيد 9 آبه با غلظت 02/0 مولار در آب و متانول به نسبت (50/50)
30 سي سي متانول جهت شستشو
الکترودها به مدت 1 دقيقه در پيش ماده هاي Pb2+ و S2- و به مدت 30 ثانيه در حلال ها جهت شستشو غوطه ور شده وپس از هر شستشو کاملاً با هواي خشک، خشک مي شدند. هر بار طي کردن مراحل فوق 1 سيکل سيلار PbS ناميده مي شود که با توجه به گزارش داده شده در مقالات بهترين حالت ممکن طي کردن 6 سيلار PbS است. [102]
3-3-2-3-ساخت کاتد نوع سوم از جنس مس سولفيد/ سرب سولفيد و سرب سولفيد/مس سولفيد
در اين بخش به روش سيلار ترکيبي از دو کاتد بالا ساخته شد و با توجه به اين مجموع تعداد سيکل?هاي سيلار در کاتد مس سولفيد و کاتد سرب سولفيد 6 سيکل سيلار بود، در اين جا نيز ابتدا 3 سيکل سيلار مس سولفيد روي FTO پوشش داده شد و سپس 3 سيکل سيلار سرب سولفيد روي لايه?هاي مس سولفيد لايه نشاني شد. براي سيلار اين لايه?ها همان غلظت?هاي ذکر شده در بخش 3-2-2-1 و 3-2-2-2 استفاده مي?شود. برعکس اين ساختار يعني ابتدا 3 سيکل سيلار سرب سولفيد و سپس 3 سيکل سيلار مس سولفيد لايه نشاني شد نيز ساخته شد و به عنوان کاتد مورد بررسي قرار گرفت و به نظر مي?رسد که استفاده از ساختار CuS(3)/PbS(3) نسبت به PbS(3)/CuS(3) به عنوان کاتد مناسب?تر مي?باشد که نتايج مربوط به مشخصه?يابي هاي هر دو کاتد به طور مفصل در فصل 4 توضيح داده خواهد شد.
با توجه به نتايج مطلوب ساختار CuS(3)/PbS(3) ،ساختار ديگري که شامل لايه?نشاني پي در پي مس سولفيد و سرب سولفيد مي?باشد نيز تحت بررسي قرار گرفت.

3-3-2-4-ساخت کاتد با لايه نشاني پي در پي CuS/PbS… به روش سيلار
همانطور که در بخش 3-3-2-1‏0 ذکر شد لايه ي نازکي از مس سولفيد به روش سيلار روي FTO لايه نشاني شد و بعد از آن لايه نازکي از سرب سولفيد روي لايه مس سولفيد قبلي به روش سيلار پوشش داده شد (شکل ‏3-11). در اين تحقيق به منظور بهينه کردن بازدهي و افزايش فاکتور کارکرد اين روش لايه نشاني پي در پي به تعداد متفاوتي ( دوره هاي سيلار) انجام شد.

شکل ‏3-11. نحوي سيلار پي در پي مس سولفيد و سرب سولفيد
3-3-3-ساخت الکتروليت پلي سولفيد براي سلول هاي خورشيدي حساس شده با نقاط کوانتومي
از آن جايي که الکتروليت هاي يدي باعث خوردگي نقاط کوانتومي نيمه هادي مي شوند انتخاب مناسبي براي سلول هاي خورشيدي حساس شده با نقاط کوانتومي نيستند و متداولترين الکتروليتي که در اين سلول ها به کار مي رود، محلول آبي پلي سولفيد است که از ترکيب مواد ذيل با غلظت هاي ذکر شده حاصل مي شود:
– 1 /0 مولار هيدروکسيد سديم
– 1 مولار گوگرد
-1 مولار سولفيد

دیدگاهتان را بنویسید