سنتز و بررسي اثرات حجم محلول اوليه، نوع زيرلايه و لايه‌نشاني پالسي بر ويژگي‌هاي فيزيكي لايه‌هاي نازك دي‌اكسيد تيتانيوم براي استفاده به‌عنوان فوتوآند

Synthesis and study of the effects of precursor solution volume, substrate type, and pulsed deposition on the physical properties of titanium dioxide thin films for using as a photoanode

در اين پژوهش، دي‌اكسيد تيتانيوم (2TiO) به‌عنوان اكسيد فلزي نيمرساناي قابل كاربرد در فتوآندسلول‌هاي خورشيدي رنگدانه‌اي بررسي و سنتز شد. به‌اين منظور، لايه ­هاي نازك 2TiO با روش گرماكافت افشان ه­اي رشد داده شده و ويژگي‌هاي فيزيكي آن‌ها بررسي شدند. براي آماده‌سازي زيرلايه اكسيد قلع آلاييده با فلئور (FTO) به‌عنوان لايه رسانا ، لايه FTO روي شيشه لايه‌نشاني شد. لايه FTO سنتز شده با عبور بالاي 90 درصد در ناحيه مرئي و مقاومت الكتريكي كم مناسب استفاده به‌عنوان الكترود شفاف است. سپس لايه‌هاي 2TiO در دماي C° 150 بر دو زيرلايه شيشه و شيشه پوشش داده شده با FTO نشانده شدند. محلول اوليه براي گرماكافت افشان ه­اي از ماده اصلي ايزوپروپوكسايد تيتانيوم و حلال ايزوپروپانول ساخته شد. نمونه‌ها با دو روش افشاندن پالسي و غيرپالسي و در دو حجم محلول اوليه 200 و mL 350 تهيه شدند. نتايج نشان داد كه افشاندن پالسي محلول باعث شكل گيري لايه‌هاي 2TiO با ساختار بلوري با كيفيت‌تر مي‌شود. الگوي پراش پرتوي ايكس XRD نشان‌دهنده تشكيل فاز آناتاز با قله ارجحي (101) بر زيرلايه FTO است. نمونه 2TiO لايه‌نشاني شده به‌روش پالسي بر روي FTO در حجم محلول اوليه mL 200 از نظر ويژگي‌هاي فيزيكي مناسب ترين نمونه براي استفاده به‌عنوان فوتوآند شناسايي شد.

In this research, titanium dioxide (TiO2), as a metal-oxide semiconductor that can be applied in dye-sensitized solar cells as a photoanode, was studied and synthesized. For this reason, thin films of TiO2 were grown using the spray pyrolysis method and their physical properties were studied. To prepare the FTO substrate as the conductive layer, the FTO layer was deposited on the glass substrate. The transmittance above 90% in the visible region and low electrical resistance allows the use of the synthesized FTO as a transparent electrode. Subsequently, TiO2 films were coated using spray pyrolysis at the temperature of 150°C on top of both bare glass and FTO coated glass substrates. The precursor solution for spray was made of TTIP as the main material and isopropanol as solvent. Samples were prepared by two methods of pulsed and non-pulsed spraying in two volumes of precursor solution of 200 and 350 mL. Results showed that the pulsed deposited samples cause the formation of TiO2 films with higher crystal quality. XRD pattern analysis revealed the formation of the anatase crystal phase with preferred growth along the (101) plane on the FTO substrate. Considering its physical characteristics, the TiO2 sample deposited on FTO in a precursor solution volume of 200 mL by the pulsed method was introduced as the most suitable sample for being used as a photoanode.