指甲花染料(gydF4y2BaLawsonia inermisgydF4y2Bal .)涂料纳米晶二氧化钛太阳能电池gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

低成本太阳能电池已经密集的主题研究活动超过半个世纪前。色素增感太阳能电池(DSSCs)最近,成为一种新的低成本的太阳能电池,可以很容易地准备。Natural-dye-sensitized太阳能电池(NDSSCs)被证明是优秀的模仿光合作用的例子。NDSSC作为绿色能源发电机的染料分子吸附到纳米晶体层宽禁带半导体材料收获光子。在本文中,我们调查的结构,光学,电子,和光伏特性的两种类型的天然染料,也就是说,巴林指甲花和也门指甲花,用索氏提取器提取。太阳能电池材料准备和特征。发现的开路电压和短路电流水平浓度依赖性。进一步建议提高NDSSC的效率进行了讨论。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

太阳能电池是一种与特定波长光子光子转换装置,电。材料目前用于光伏(pv)主要是半导体,包括其中,III-V化合物,晶体硅,碲化镉和铜铟硒化/硫化(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。低成本太阳能电池已经深入研究工作的目标在过去的30年。非晶态半导体公布的最有前途的材料低成本的能源生产。色素增感太阳能电池(DSSCs)最近成为一个新类的低成本能源转换设备简单的制造过程。将染料分子在一些宽禁带半导体电极是一个关键因素在发展中光电化学太阳能电池。奥雷根和GratzelgydF4y2Ba4gydF4y2Ba)和Nazerruddin et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)首次成功生产涂料用纳米晶体太阳能电池(DSSC)gydF4y2Ba电影与小说俄文bipyridl复杂。结果表明:DSSCs承诺类的低成本和高效率太阳能电池基于有机材料(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

整个DSSC效率被发现与宽禁带半导体纳米电子注入效率。这一发现已经升级研究活动在过去的十年。gydF4y2Ba纳米线为例,开发替代多孔和gydF4y2Bananoparticle-based太阳能电池(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。此外,金属络合物和小说提出了人造染料(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。然而,这些染料加工和synthesization是复杂的和昂贵的过程gydF4y2Ba10gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。此外,开发或提取的敏化与近红外光谱吸收范围扩展到极大的期望。我们发现我们的环境提供了自然,无毒,和低成本染料吸光度高水平的紫外线来源,可见和近红外。这样的例子巴林指甲花染料来源(gydF4y2BaLawsonia inermisgydF4y2Bal .)。这项工作提供了进一步调查的第一报道操作指甲花(gydF4y2BaLawsonia inermisgydF4y2Bal .)作为染料敏化剂的纳米太阳能电池(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在这个工作我们首先描述纳米的制备gydF4y2Ba层,其次是染料萃取的过程和纳米的染色gydF4y2Ba层。在第二部分,我们描述了使用两种类型的太阳能电池制备指甲花提取物,也就是说,巴林和也门指甲花提取物。在第三部分,我们检查的结构、光学和电子特征色素增感太阳能电池的制造从上面的提取物。gydF4y2Ba

2。色素增感太阳能电池的结构和操作gydF4y2Ba

以下的描述gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]色素增感太阳能电池的工作原理示意图见图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。细胞是由四种元素,即导电和计数器进行电极,纳米gydF4y2Ba层,染料分子和电解质。透明导电电极和反电极涂上一层薄薄的导电层和透明的二氧化锡gydF4y2Ba。纳米晶体gydF4y2Ba沉积在导电电极(光电极)提供必要的大表面积吸附染料分子。吸收光子后,染料分子从最高占据分子轨道兴奋(homo)最低未占据分子轨道示意图见图(LUMO)状态gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。这个过程是由(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。一旦一个电子注入到导带的宽禁带半导体纳米gydF4y2Ba影片中,染料分子(光敏剂)被氧化(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。注入的电子之间的运输gydF4y2Ba纳米颗粒,然后被提取到一个负载的工作交付作为电能(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。电解液含gydF4y2Ba氧化还原离子之间用作电子中介gydF4y2Ba光电极和碳电极。因此,氧化染料分子(光敏剂)由接收电子的再生gydF4y2Ba得到氧化离子氧化还原介质gydF4y2Ba(Tri-iodide离子)。这个过程是由(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。的gydF4y2Ba替代品的内部电子捐赠与从外部负载,减少回gydF4y2Ba离子(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。因此,一代的电力在DSSC没有造成永久性的化学变化或转换:gydF4y2Ba

激励的过程,gydF4y2Ba

注入过程中,gydF4y2Ba

能源生产、gydF4y2Ba

再生的染料,gydF4y2Ba

夺回反应,gydF4y2Ba

实际上,一个更小的能量分离HOMO和LUMO需要确保吸收太阳光谱的低能量光子。这类似于无机半导体能量隙gydF4y2Ba。因此,光电流水平取决于HOMO-LUMO水平分离。提高电子注入到导带gydF4y2Ba,你必须使用一个感光剂和最大的LUMO能量分离的底部gydF4y2Ba导带。此外,人类水平的有效接受的捐赠电子氧化还原介质,人类之间的能量差和氧化还原化学势必须更加积极。最后,产生的最大潜能细胞是由能量分离电解质化学势gydF4y2Ba和费米能级gydF4y2Ba的gydF4y2Ba层,如图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3所示。实验gydF4y2Ba

纳米gydF4y2Ba电影后准备过程详细(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。一个暂停gydF4y2Ba准备通过增加9毫升硝酸溶液的PH值3 - 4(1毫升增量)6克的胶态gydF4y2Ba在研钵和研杵粉。而磨8毫升蒸馏水(1毫升增量)添加到得到一个白人免费flow-paste。最后,一滴透明的表面活性剂(任何明确洗涤剂)中添加1毫升蒸馏水,以确保涂层均匀性和附着力透明导电玻璃电极。硝酸的比例胶体溶液gydF4y2Ba粉是电池性能的关键因素。如果比例超过一定阈值产生的电影变得太厚,有剥离的趋势。另一方面,较低的比率明显减少了光吸收的效率。gydF4y2Ba

索氏提取器是用于提取从80克巴林指甲花染料溶液和84 g的也门指甲花(粉),100毫升的甲醇是用于每个提取的过程。不同浓度已经从收集到的提取做好准备。每个浓度的光收集效率(摘要LHE)已经从使用双光束分光光度计测量吸光度计算。组装太阳能电池的电气特性和参数确定和提出了表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

刮片法通过沉淀gydF4y2Ba与乙醇悬浮液均匀清洗(清洗)电极片。的gydF4y2Ba电影被允许干了几分钟,然后退火大约在450°C(在一个通风良好区域)15分钟形成多孔、表面积大gydF4y2Ba电影。这部电影必须允许慢慢冷却到室温。这是一个必要条件,消除热应力,避免玻璃开裂或剥落gydF4y2Ba电影。对纳米多孔TiO的形成gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba电影由扫描电子显微镜扫描电镜证实。在那之后,gydF4y2Ba纳米晶体层是染色的染料大约一天然后用蒸馏水和乙醇清洗,以确保没有水在电影后切除残余染料。反电极是涂以石墨作为催化剂在氧化还原染料。光和反电极夹在一起,滴电解液应用于填充夹细胞。使用的电解质是碘电解液(0.5米碘化钾混合0.05碘水的乙二醇)包含一个氧化还原电对三碘化(传统上碘/gydF4y2Ba夫妇)。开路电压和短路电流的测量在中午阳光直射光照时间执行。紫外线或红外截止过滤器和增透(AR)涂料光电极已经被使用。gydF4y2Ba

4所示。结果与讨论gydF4y2Ba

巴林和也门指甲花提取物已经准备在不同浓度。光学测量表明,这些提取物拥有有趣的光学性质和展示敏化的纳米晶体的有效性gydF4y2Ba层。巴林和也门指甲花提取物不同浓度的染料溶液光的特点是使用双光束紫外可见分光光度计测量吸光度(日本岛津公司,模型uv - 3101)。典型的例子的光收集效率(摘要LHE =gydF4y2Ba,在那里gydF4y2Ba吸光度)测量如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。巴林指甲花提取物被发现比相应的浓度表现出更高的摘要LHE也门指甲花。指甲花提取物的光收集效率高紫外线,可见和近红外区光谱表明,他们是有前途的天然染料敏化剂对结果DSSC。高度集中提取的颜色在100毫升的甲醇(80克)是深绿色的,当它是绿色的稀释程度增强。此外,正如指甲花提取物的浓度增加了膜结构变得更加滋润性和粘性的。高度集中的颜色也门指甲花提取物在100毫升的甲醇(84克)是深绿色的金色,当它是金色的稀释程度增强。gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba电影第一次退火,然后由扫描电镜检查测量纳米结构属性。图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba显示了扫描电镜测量进行gydF4y2Ba层。结果表明,烧结后gydF4y2Ba电影成为纳米晶体。x射线衍射测量样本证实纳米晶体的形成gydF4y2Ba粒子的大小小于50 nm (gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。形成的纳米gydF4y2Ba电影是极大地影响gydF4y2Ba悬液制备过程和退火温度。发现烧结gydF4y2Ba电影在温度低于推荐的450°C导致太阳能电池电流甚至产生不明显的gydF4y2BaμgydF4y2Ba一个域。此外,gydF4y2Ba电影退化在这种情况下快和裂缝形成后短时间内当细胞暴露于照明。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba显示了gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2Ba特点NDSSC巴林与也门指甲花染料敏化和指甲花。因为巴林指甲花80克和84克也门指甲花提取物是高度集中和具有粘性的纹理,电子注入效率到纳米晶体gydF4y2Ba电影恶化,因此较低的测量值光电流。换句话说,高度集中提取介绍串联电阻的使用gydF4y2Ba在太阳能电池主要是由于photogenerated电子的路径遍历。在低浓度指甲花提取物粘度的溶剂,相似的细胞gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2Ba展示一个更好操作特点,更低的串联电阻效应,和更高的效率。染料浓度收集光电流的大小有显著影响。高度稀释提取物降低光电流的大小和细胞效率。gydF4y2Ba

表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba说明了河南光伏电池的电特性。由于光线反射和吸收的导电纳米的光电极和散射性质gydF4y2Ba光电极的测量透光率表明,平均只有10%的太阳光谱(1.5点)是有用的。尽管巴林指甲花提取物浓度的变化产生的细胞几乎相同的开路电压gydF4y2Ba。然而,短路电流gydF4y2Ba由于指甲花提取物浓度的变化反映出来。也门指甲花提取物生产太阳能电池的短路电流水平几乎相同,但开路电压随浓度。原来高度集中指甲花提取物不表现出理想的电流-电压特性,尽管他们拥有100%的光收集效率紫外线和电磁波谱的可见部分。gydF4y2Ba

调查表明,有许多因素影响natural-dye-sensitized光伏电池的性能。染料结构必须的几个羰基(C = O)或羟基(−哦)组,使染料分子螯合gydF4y2Ba(四)网站gydF4y2Ba表面(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。例如,从加州黑莓中提取染料(gydF4y2Ba悬钩子属植物ursinusgydF4y2Ba)被发现是一个很好的染色染料敏化。另一方面,染料提取草莓缺乏这样的络合能力,因此不建议作为天然染料敏化剂在NDSSCs [gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。因为并不是所有光子散射或传输通过纳米晶体gydF4y2Ba层被一个单层的螯合指甲花染料分子,能源公司继电器染料可能有助于提高光吸收效率。显著增强吸收光谱带宽和功率转换效率增加26%已经完成一些能源继电器后增敏剂添加了染料(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

两孔的依赖的交通和减少dye-cation和收集效率gydF4y2Ba在反电极氧化还原效率是需要考虑gydF4y2Ba23gydF4y2Ba必须选择),氧化还原电解质,这样减少gydF4y2Ba离子注入的电子是快速和有效的(见图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。事实上,除了限制细胞稳定由于蒸发,液体电解质抑制制造的多单元的模块,因为模块制造需要细胞连接电分离的化学(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。另一个重要因素扮演重要的角色在促进细胞的效率是纳米的厚度gydF4y2Ba必须小于20层gydF4y2BaμgydF4y2Bam确保光电子的扩散长度大于纳米晶体gydF4y2Ba层。增加photogenerated电子扩散长度,研究表明用数组代替纳米颗粒膜的单个水晶纳米线或nanosheets电子运输增加几个数量级(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba26gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。取得了重大的成功改善photoconversion效率基于CdSe量子点太阳能电池的光矿车与碳纳米管网络支持gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。这是通过将纳米碳纳米管网络gydF4y2Ba电影和相应协助电荷传输过程。因此,一个明显的改善photoconversion DSSC的效率。gydF4y2Ba

最后,在非常暗电流主要是由于注入的损失从纳米电子gydF4y2Ba来gydF4y2Ba(孔载体在溶液中电解质)。降低暗电流提高电池的开路电压,抑制暗电流和一个成功的方法是使用coadsorbates纳米gydF4y2Ba表面。因此,为了实现性能的进一步改善DSSC细胞,许多研究人员建议更换一个固体的液体电解质提供了更好的密封的细胞gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32gydF4y2Ba)和制造大面积模块的效率在12%以上。索尼的成功在2010年至今DSSC模块与效率接近10%的驾驶成就向制造户外面积较大的模块可以集成在绿色建筑。同时,Dyesol,开发柔性透明衬底(基于聚合物)将改变DSSCs行业走向大规模生产和商业化的单细胞或minimodules室内和个人电器。gydF4y2Ba

5。结论gydF4y2Ba

在这个工作我们敏化纳米光学和光电性质的研究gydF4y2Ba有两种类型的指甲花(gydF4y2BaLawsonia inermis LgydF4y2Ba)提取。指甲花染料使用索氏提取器提取技术。结果表明,两种类型的指甲花提取物表现出高水平的紫外吸光度,太阳光谱的可见光和近红外区域。然而,巴林指甲花的光收集效率更高,比也门指甲花。这个事实反映在更高的光电流和开路电压,从而更高效率的巴林光伏电池为基础的指甲花。提取浓度被发现影响显著收集光电流的大小。高浓度的指甲花提取物引入了一个串联电阻,最终降低了收集光电流。另一方面,稀释提取减少光电流的大小和电池效率。纳米晶体的制备条件的优化gydF4y2Ba层和氧化还原电解质的选择发现色素增感太阳能电池的性能的决定因素。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者非常感谢巴林对大学的财政支持。此外,他们愿意表达他们的感谢默罕默德·s·侯赛因博士(国家纳米技术中心阿卜杜勒阿齐兹国王科技城(KACST))提供的扫描电镜测量。gydF4y2Ba

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