بررسي عملكرد سلول¬هاي خورشيدي پروسكايتي برپايه ساختار اپال معكوس تيتانيا در شكافت فوتوالكتروشيميايي آب

كارشناسي ارشد

باتوجه به استفاده روزافزون از سوخت¬هاي فسيلي، بهره¬وري از انرژي خورشيدي به عنوان منبعي تجديدپذير، در سلول¬هاي خورشيدي پروسكايتي و شكافت فوتوالكتروشيميايي آب به عنوان روشي پاك و پايدار براي توليد هيدروژن، بسيار مورد توجه قرار گرفته¬است. پروسكايت هاليد معدني CsPbBr3 كه يكي از اميدواركننده¬ترين پروسكايت¬ها براي شكافت آب است، جذب نور زيادي در ناحيه مرئي ندارد و در حضور مولكول¬هاي آب ناپايدار است. در اين كار تحقيقاتي از اپال معكوس تيتانيم دي¬اكسيد دركنار پروسكايت CsPbBr3 به منظور افزايش جذب نور استفاده¬شد. از سوي ديگر، با تغيير در ساختار لايه انتقال¬دهنده الكترون، عبور نور از آن و در نتيجه بازده نور جمع¬آوري شده توسط پروسكايت افزايش يافت. در اين راستا، لايه TiO2 مزومتخلخل قالب¬گيري شده به صورت ساختار منظم و نامنظم به عنوان لايه انتقال دهنده الكترون به دو روش لايه¬نشاني چرخشي و غوطه¬وري تهيه و مورد ارزيابي قرار گرفت. اين نوع از ساختارها به ويژه ساختارهاي داراي حفره منظم به دليل اتصال بهتر با لايه اپال معكوس و عبور نوري بيشتر، عملكرد بهتري در مقايسه با لايه¬هاي متخلخل قالب¬گيري نشده از خود نشان دادند. از سوي ديگر به منظور افزايش پايداري پروسكايت در برابر آب، يك لايه كربني محافظ از مخلوط گرافيت، كربن سياه و چسب مايه به عنوان بهترين لايه انتقال دهنده حفره انتخاب شد. براي مشخصه¬يابي لايه¬ها از آناليزهاي XRD،¬FE-SEM ،TEM ، PL، IPCE، EIS، پايداري، زاويه تماس، UV-vis، اندازه¬گيري مقاومت لايه و نقشه عنصري استفاده¬شد. سپس عملكرد ساختارهاي حاصل در سلول خورشيدي پروسكايتي و همچنين شكافت فوتوالكتروشيميايي آب مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت به منظور افزايش بيشتر عملكرد و تامين اضافه ولتاژ براي شكافت آب، يك ماژول خورشيدي سيليكوني به بهترين فوتوالكترودهاي طراحي شده جفت گرديد. در اين راستا، بالاترين چگالي جريان¬ نوري اتصال كوتاه 18/4 ميلي¬آمپر بر سانتي¬متر مربع در سلول خورشيدي در حضور لايه اپال معكوس TiO2 و لايه متخلخل نامنظم قالب¬گيري نشده و كمترين جريان اتصال كوتاه 99/1 ميلي¬آمپر بر سانتي¬متر مربع براي ساختار بدون اپال معكوس بدست آمد. سپس، به منظور اتصال بهتر لايه اپال معكوس با لايه انتقال دهنده الكترون از TiO2 مزومتخلخل قالب¬گيري شده منظم و مزومتخلخل قالب¬گيري شده نامنظم براي لايه انتقال دهنده الكترون تهيه شده به روش¬هاي غوطه¬وري و چرخشي استفاده شد. در اين راستا، بيشترين دانسيته جريان اتصال كوتاه 03/6 ميلي¬آمپر بر سانتي¬متر مربع و حداكثر بازدهي برابر با 32/5 درصد براي لايه انتقال دهنده الكترون حاوي حفرات منظم تهيه شده با روش غوطه¬وري و اتصال يافته به لايه اپال معكوس حاصل شد. بالاترين جريان¬هاي نوري 38/6 ميلي¬آمپر بر سانتي متر مربع در 23/1 ولت نسبت به RHE در شكافت فوتوالكتروشيميايي آب با استفاده از اپال معكوس TiO2 بر روي زير لايه متخلخل قالب¬گيري شده منظم تهيه شده به روش غوطه¬وري بدست آمد. در نهايت، فوتوالكترودهاي حاصل در شكافت آب با ماژول خورشيدي سيليكوني به صورت موازي جفت شد و بيشينه جريان¬ نوري 75/10 ميلي¬آمپر بر سانتي متر مربع را در ولتاژ صفر و جريان¬ 90/56 ميلي¬آمپر بر سانتي متر مربع را در 23/1 VRHE = براي فوتوالكترود حاوي اپال معكوس اتصال يافته به تيتانياي منظم تهيه شده به روش غوطه¬وري و جفت شده با ماژول سيليكوني حاصل شد كه بهترين نتايج گزارش شده براي استفاده از ساختارهاي پروسكايتي CsPbBr3 در شكافت فوتوالكتروشيميايي آب تاكنون است.

231776

دانشگاه اصفهان

نانو شيمي

رضا كشاورزي