رشد سل ژل نانو بلور‌هاي TiO2 در محيط ان- هپتان و لايه‌نشاني آنها به منظور استفاده در سلول خورشيدي رنگ‌دانه‌اي

Sol-gel growth of TiO2 nanocrystals in n-heptan and their deposition for application in dye sensitized solar cells

در اين تحقيق نانو بلور‌هاي TiO2 به روش سل- ژل بر مبناي هيدروليز پيش ماده تيتانيوم تترا ايزوپروپوكسايد در يك بستر روغني از جنس تهيه گرديدند. نقش محيط روغني در اين روش رشد، رقيق‌سازي مواد اوليه واكنش‌دهنده و در نهايت ايجاد قابليت تشكيل نانوبلور‌هاي با ابعاد كوچك‌تر و سطح مؤثر پودر بيشتر است. پخت نانو پودر ساخته شده در دماي به مدت h 1 منجر به تهيه نانوذرات بلوري فاز آناتاز گرديد. در ادامه اين نانوذرات با غلظت مناسب در يك محيط آبي حاوي پلي اتيلن گلايكول (PEG) به عنوان عامل ايجاد كننده چسبندگي و با اعمال فرايند حرارت‌دهي دماي پايين بصورت خمير درآمدند. خمير تهيه شده به روش دكتر بليد بر روي شيشه رسانا لايه‌نشاني گرديد و فوتو‌آند سلول تهيه گرديد. سپس ساير مراحل ساخت سلول خورشيدي رنگ‌دانه‌اي شامل جذب رنگ، ساخت شيشه هادي پلاتينه‌شده به عنوان الكترود شمارنده، تزريق الكتروليت ، بستن سلول انجام گرفت. طيف پراش پرتوي X تهيه شده از نانوذرات نشان دهنده تشكيل فاز بلوري آناتاز بود. همچنين تصاوير تهيه شده از سطح فوتوآند‌ها نشان دهنده تشكيل ذراتي كاملاً كروي بود. نمودار توزيع اندازه ذرات برگرفته از تصاوير نيز نشان داد كه اندازه ذرات در گستره مي‌باشد. بر اساس نتايج بهترين عملكرد سلول با استفاده از فوتوآند تهيه شده با نانوذرات در ضخامت 15 ميكرومتر حاصل شد. براي اين سلول چگالي جريان اتصال كوتاه ، ولتاژ مدار باز ، عامل پرشدگي 0/55 و بازدهي تبديل4/4% به دست آمد.

In this study, TiO2 nanocrystals were prepared by sol-gel method through the hydrolysis of the titanium tetraisopropoxide in n-heptan solution. The beneficial role of n-heptan solvent was the dilution of the reacting precursors. This could consequently create smaller TiO2 nanocrystals and a better powder effective area. The anatase phase TiO2 nanopowder was achieved by performing an annealing process at 450 ˚C for 1h. Then, the TiO2 nanocrystals were added to an aqueous solution of polyethylene glycol with suitable concentration, as a pastiness factor, to form a viscous TiO2 paste . Finally the prepared paste was deposited on glass FTO substrates by standard doctor blade method and the photoanode of the dye sensitized solar cells was prepared.Then other steps, consisting of dye adsorption, preparation of platinum counter electrode and injection of AWT IMAGE electrolyte were performed. The results demonstrated that the energy conversion efficiency was maximum for the cell with 15 μm photoanode thickness. The photovoltaic parameters of this cell were measured as 12.44 mA/cm2 , 655 mV, 0.55 and 4.4 % for the Jsc, Voc, FF and efficiency, respectively.