افزايش طول عمر و ضريب پخش الكترون در سلول هاي خورشيدي رنگدانه اي با كنترل هندسه لايه اكسيد نيم رسانا

Enhancing the electron lifetime and diffusion coefficient in dye-sensitized solar cells by controlling the geometry of the semiconducting oxide layer

لايه اكسيد نيم رسانا يكي از مهمترين قسمت هاي سلولهاي خورشيدي رنگدانه اي است (معمولاً لايۀ به هم پيوست هاي از نانوذرات دي اكسيدتيتانيوم) كه هندسۀ آن مي تواند عملكرد كلي سلول را به شدت تحت تأثير قرار دهد. در اين تحقيق به منظور بهبود ترابرد الكترون در لايۀ اكسيد نيم رسانا، براي نخستين بار استفاده از نانوساختارهاي شبه يك بعدي، متشكل از نانوذرات دياكسيدتيتانيوم، به عنوان لايۀ اكسيد نيم رسانا پيشنهاد شده است. با استفاده از يك روش هيدروترمال بر پايۀ پيش مادة تيتانيوم ايزوپروپكسايد خمير اين نانوساختارها را تهيه، و براي ساخت سلول رنگدانه اي، نانوساختارهاي ستوني با مساحت مقطعه اي مختلف را بر روي شيشۀ رسانا ايجاد كرديم. نمودارهاي چگالي جريان- ولتاژ نشان ميدهند كه در بين نمونه هاي ساخته شده بيشترين بازده 6/11 درصد براي سلولهاي ساخته شده با نانوساختارهايي با كوچكترين مساحت مقطع (μm2 (500 بدست آمده است. اندازه گيري هاي ضريب پخش (كه با اندازه گيري زمان ترابرد الكترون به روش اختلال گذرا انجام شده است) نشان ميدهند، مقدار اين كميت در بين نمونه هاي ساخته شده براي نانوساختارهايي با كوچكترين مساحت مقطع، به بيشينۀ خود رسيده است. علاوه براين طول، عمر الكترون در نمونه هاي ستوني به ميزان قابل ملاحظه اي نسبت به حالتي كه با لايه اي پيوسته از نانوذرات مواجه هستيم، افزايش يافته است.

Semiconducting layer is one of the most important parts of the Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs), which is usually an interconnected network of Titania nanoparticles, and its geometry would affect cells operation. In this research, in order to optimize the electron transport in semiconducting oxide layer, we proposed to use quasi one dimensional nanostructures, made of titanium dioxide nanoparticles as semiconducting layer. By using a hydrothermal method based Titanium Isopropoxide as a precursor we produced a paste of these nanostructures, and to fabricate the DSSCs, columnar nanostructures with different cross-sections were produced on a conducting glass. Current density vs voltage curves have shown that maximum efficiency of 6.11% was achieved for the cells which were made of nanostructures having the smallest cross-sections (500 μm2). The diffusion coefficient results (calculated by measuring electron transport time using transient small perturbation technique) have shown that this quantity became maximum for the nanostructures with smallest cross-sections. In addition, the electron lifetimes in columnar samples have increased considerably, in comparison to samples with interconnected network of nanoparticles.