توليد سلولهاي خورشيدي رنگدانه اي با پايه الكترود نانو ميله اي هسته - پوسته TiO2-ZnO و بررسي تاثير ضخامت لايه TiO2 بر راندمان سلول

Fabrication of ZnO-TiO2 core-shell nanorod dye-sensitized solar cells and investigation of the effect of TiO2 shell thickness on the cell efficiency

در اين پژوهش نانو ميله هاي اكسيد روي توسط فرايند هيدروترمال بر روي زير لايه FTO رشد داده شدند. سپس پوسته نازك TiO2 بر سطح نانو ميله هاي اكسيد روي به روش رسوب بخار شيمايي ايجاد گرديد. براي مطالعه ويژگي هاي مختلف ميكروساختاري نمونه ها، آناليز پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، طيف سنجي فتوالكترون پرتو ايكس (XPS) و طيف سنجي UV-vis مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج آناليز پراش پرتو ايكس و ميكروسكوپ الكتروني نشان داد كه نانو ميله ها داراي ساختار بوري Wurtzite و به صورت تك بلور مي باشند. پس از الكترود نانو ساختار TiO2-ZnO، سلول خورشيدي رنگدانه اي به صورت ساختمان ساندويچي تهيه گرديد و خواص فتوالكتروشيميايي آن بررسي شد و منحني I-V مربوط به سلول خورشيدي به دست آمد. نتايج نشان داد كه ايجاد پوسته TiO2 بر روي نانو ميله هاي اكسيد روي، تاثير قابل توجهي بر دانسيته جريان اتصال كوتاه (JSC)، ولتاژ مدار باز (VOC)، فاكتور پركنندگي (FF) و راندمان سلول دارد. با ايجاد پوسته TiO2 به ضخامت 14 نانو متر بر روي نانو ميله هاي اكسيد روي، راندمان سلول از 0/45% به 0/92% افزايش يافت كه يك افزايش دو برابري را نشان مي دهد. نتايج نشان داد كه بااستفاده از ساختار هسته- پوسته، مي توان راندمان سلولهاي خورشيدي رنگدانه اي با پايه ZnO را افزايش داد.

In this study well-aligned ZnO nanorod arrays with high aspect ratio have been grown on FTO substrate by hydrothermal process. TiO2 thin shells with different thickness were grown on the ZnO nanorods by chemical vapor deposition method. Sample characterization was performed by X-ray diffraction (XRD), electron microscopy (FESEM, TEM, and SAD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV-vis Spectroscopy. XRD and TEM analysis indicated a wurtzite structured with high crystallinity and confirmed that each individual ZnO nanorod was a single crystal. The photoelectrochemical experiments were performed in a sandwich type two-electrode cell and I-V curves were obtained. Result of solar cell testing showed that addition of TiO2 shells to ZnO nanorod significantly increased the JSC, VOC, fill factor and efficiency relative to devices without TiO2 shells. Overall cell efficiency jumped from 0.45% for bare ZnO nanorode array to 0.92% for 14 nm thick TiO2 shells on ZnO which showed a two fold increase. The results showed that it is possible to fabricate core-shell cells of higher efficiency by using nanorod arrays and other morphologies with larger surface area.