مروری بر نانوکامپوزیت‌های دی‌اکسید تیتانیم مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی حساس‌شده به مواد رنگزا

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 استادیار، گروه مواد رنگزای آلی، پژوهشگاه رنگ

2 قطب علمی رنگ، پژوهشگاه رنگ

3 دانشیار، گروه نانوفناوری رنگ، پژوهشگاه رنگ

چکیده

تقاضای انرژی در قرن حاضر، دائما درحال افزایش است. تامین انرژی به ویژه در کشورهای درحال توسعه، برای بهبود شرایط زندگی به دلیل رشد جمعیت شهری، ضروری می‌‌باشد. سوخت‌‌های فسیلی که امروزه برای تولید انرژی استفاده می‌‌شود، دارای منابع محدودی بوده و دارای مشکلات زیست محیطی متعددی نیز است. در دو دهه گذشته، سلول‌‌های خورشیدی به عنوان یک جایگزین برای تولید انرژی تجدیدپذیر، پایدار و سبز معرفی شده است. تحقیقات نشان می‌‌دهد که استفاده از یک فوتوآند کارآمد می‌‌تواند تاثیر بسزایی در بازده سلول خورشیدی داشته باشد و عملکرد سلول‌‌های خورشیدی با استفاده از نانوکامپوزیت‌‌ها افزایش چشمگیری می‌‌یابد. در این مقاله، انواع نانوکامپوزیت‌‌های برپایه دی‌‌اکسید تیتانیم مورد استفاده در سلول خورشیدی بررسی شده است. انواع نانوکامپوزیت‌‌های بر پایه دی‌‌اکسید تیتانیم مورد استفاده در سلول خورشیدی عبارتند از: نانوکامپوزیت دی‌‌اکسید تیتانیم/اکسید روی، دی‌‌اکسید تیتانیم/گرافن، دی‌‌اکسید تیتانیم/کربن و دی‌‌اکسید تیتانیم/فلزات بی‌‌اثر. این ترکیبات دارای سرعت انتقال الکترون سریع‌‌تر، سرعت بازترکیب کمتر و مساحت سطح بالاتری نسبت به دی‌‌اکسید تیتانیم یگانه هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Review of TiO2 Nanocomposite for Dye-Sensitized Solar Cells Application

نویسندگان [English]

  • Mozhgan Hosseinnezhad 1 2
  • Mehdi Ghahari 3
1 Department of Organic Colorants, Institute for Color Science and Technology |Center of Excellence for Color Science and Technology, Institute for Color Science and Technology
2 Department of Organic Colorants, Institute for Color Science and Technology |Center of Excellence for Color Science and Technology, Institute for Color Science and Technology
3 Department of Nanomaterials and Nanocoatings, Institute for Color Science and Technology
چکیده [English]

The energy demand is ever increasing to fulfill the energy requirement in this century. High energy supply is required especially in the developing countries to sustain the lifestyle due to the growth in the world's population and techno-economic city. In fact, the sources of fossil fuel based energy are limited and the use of fossil fuels can lead to the environmental pollution problem. It results in an efficient photoanode which further leads to the improvement in DSSC. The DSSCs performance is further enhanced using engineered nano-composite photoanode. The present study reviews the nano-composite based on TiO2 for dye-sensitized solar cells. Nano-composite based on titanium dioxide used in dye-sensitized solar cells include TiO2/ZnO, TiO2/grapheme, TiO2/carbon and TiO2/ noble metal. Thus they result in rapid electron transfer rate, slower charge recombination rate and higher surface area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dye-sensitized solar cells
  • Titanium dioxide
  • Nanocomposite
  • Zin Oxide
  • graphene
  1. L. E. Chaar, L. A. Iamont, N. E. Zein, "Review of photovoltaic technologies", Renew. Sustain. Energy Rev. 15, 2165-2175, 2011.
  2. ش، کاظمی‌فرد، ل. ناجی، ف. افشار طارمی، "مروری بر مواد رنگزا: انواع، پیشرفت و سازوکار عملکرد آن‌ها به منظور کاربرد در سلول‌های خورشیدی آلی"، نشریه علمی-ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 7، 69-55، 1396.
  3. B. Boro, B. Gogoi, B. M. Rajbongshi, A. Ramchiarya, "Nano-structured TiO2/ZnO nanocomposite for dye-sensitized solar cells application: A review", Renew. Sustain. Energy Rev. 81, 2264-2270, 2018.
  4. A. Ashtiani Abdi, F. Nourmohamadian, Y. Mohammadi, M.R. Saeb, "Control over power conversion efficiency of BHJ solar cells: learn more from less, with artificial intelligence", Prog. Color Colorants Coat. 12, 1-14, 2019.
  5. ج محمدیان، ب شیرکوند، "سامانه‌های متمرکز کننده در سلول خورشیدی"، نشریه علمی-ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 7، 54-47، 1396.
  6. J. Movahedi, M. Hosseinnezhad, H. Haratizadeh, N. Falah, "Synthesis and investigation of photovoltaic properties of new organic dye in solar cells devices", Prog. Color Colorants Coat. 12, 33-38, 2019.
  7. S. Suhaimi, M. M. Shahimin, Z. A. Alahmed, J. Chysky, A. H. Reshak, "Materials for enhanced dye-sensitized solar cell performance: electrochemical application", Int. J. Electrochem. Sci. 10, 2859-2871, 2015.
  8. J. A. Anta, "Electron transfer in nanostructured metal oxide semiconductors", Current Opinion Colloid Interface Sci. 17, 124-131, 2012.
  9. J. K. Koh, J. Kim, B. Kim, J. H. Kim, E. Kim, "Highly efficient, iodine-free dye-sensitized solar cells with solid-state synthesis of conducting polymers", Adv. Mater., 23, 1641-1646, 2011.
  10. F. Wah Low, C. W. Lai, "Nanocomposites: Synthesis, Characterization and their Applications", Sci. Appl. Tailored Nanostruct. 29, 239-256, 2015.
  11. J. Wang, K. Tapio, A. Habert, S. Sorgues, C. Colbeau-Justin, B. Ratier, "Influence of nitrogen doping on device operation for TiO2-based solid-state dye-sensitized solar cells: photo-physics from materials to devices", Nanomaterials. 6, 35-48, 2016.
  12. Q. Wen, J. Yu, X. Sun, J. Zhuang, Q. He, X. You, "Hydrothermal treatment of a TiO2 film by hydrochloric acid for efficient dye-sensitized solar cells", New J. Chem. 40, 3233-3237, 2016.
  13. ا. وکیلی تجره، ح. گنجی دوست، ب. آیتی، "حذف کاتالیزوری ماده رنگزای آزویی قرمز 41 از آب به وسیله نانوکامپوزیت مغناطیسی TiO2/Fe3O4/CNT"، نشریه علمی-پژوهشی علوم و فناوری رنگ، 13، 87-75، 1398.
  14. A. Lateef, R. Nazir, "Recent developments of graphene-TiO2 composite nanomaterials as efficient photoelectrodes in dye-sensitized solar cells: A review", Renew. Sustain. Energy Rev. 82, 103-125, 2018.
  15. خ. دیده‌بان، ف. کرماجانی، "حذف ماده رنگزای مستقیم قرمز 31 از محلول‌های آبی با استفاده از نانوکامپوزیت هیدروژلی سنتز شده"، نشریه علمی-پژوهشی علوم و فناوری رنگ، 13، 130-119، 1398.
  16. S.P. Lim, Y.S. Lim, A. Pandikumar, H.N. Lim, Y.H. Ng, R. Ramaraj, D.C.S. Bien, O.K Abou-Zied, N.M. Huang, "Gold-silver@TiO2 nanocomposite-modified plasmonic photoanodes for higher efficiency dye-sensaitized solar cells", Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 1395-1407, 2017.
  17. M. Law, L.E. Greene, A. Radenovic, T. Kuykendall, J. Liphardt, P. Yang, "ZnO-Al2O3 and ZnO-TiO2 core-shell nanowire dye-sensitized solar cells", J. Phys. Chem. B. 110, 22652-22663, 2006.
  18. S.S. Kim, J.H. Yum, Y.E. Sung, "Flexible dye-sensitized solar cells using ZnO coated TiO2 nanoparticles", J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 171, 269-273, 2005.
  19. B. Praveen, K. Pugazhendhi, J. Sahaya Selva Mary, S. Padmaja, E. Merlin Arnold, J. Madhavan, J. Merline Shyla, "Plasmon (Al) Impregnated SnO2/TiO2 and ZnO/TiO2 Nanocomposites as Efficient Photoelectrodes for Dsscs-a Relative Analysis", Mater. Today, 8, 239-244, 2019.
  20. S.W. Chong, C.W. Lai, S.B.A. Hamid, "Green preparation of reduced graphene oxide using a natural reducing agent", Ceram. Int. 41, 9505-9513, 2015.
  21. E. Haratian Nezhad, H. Haratizadeh, B. Mohammad Kari, "Influence of thickness and number of silver layers in the electrical and optical properties of ZnO/Ag/ZnO/Ag/ZnO ultra-thin films deposited on the glass for low-emissivity applications", Prog. Color Colorants Coat. 12, 83-91, 2019.
  22. م. مقصودی، ش. خامنه اصل، "مروری بر روش‌های بهبود نانولوله‌های TiO2 برای استفاده در تجزیه فوتوکاتالیستی مواد رنگزا"، نشریه علمی-ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 9، 29-21، 1398.
  23. D. Eli, J.A. Owolabi, G.O. Olowomofe, E. Jonathan, "Plasmon-enhanced efficiency in dye sensitized solar cells decorated with size-controlled silver nanoparticles based on anthocyanins as light harvesting pigment", J. Photon. Mater. Technol. 2, 6-13, 2016.
  24. S. A. Kazmi, S. Hameed, A. S. Ahmed, M. Arshad, A. Azam, "Electrical and optical properties of graphene-TiO2 nanocomposite and its applications in dye sensitized solar cells (DSSC)", J. Alloy Comp. 691, 659-665, 2017.
  25. U. Mehmooda, S. H. Ali Ahmad, A. Ul-Haq Khan, A. A. Qaiser, "Co-sensitization of graphene/TiO2 nanocomposite thin films with ruthenizer and metal free organic photosensitizers for improving the power conversion efficiency of dye-sensitized solar cells (DSSCs)", Sol. Energy. 170, 47-55, 2018.
  26. F.W. Low, C.W. Lai, "Recent developments of graphene-TiO2 composite nanomaterials as efficient photoelectrodes in dye-sensitized solar cells: a review", Renew. Sustain. Energy Rev. 82, 103-125, 2018.
  27. N. Abdul Karim, U. Mehmood, H. Fizza Zahid, T. Asif, "Nanostructured photoanode and counter electrode materials for efficient dye-sensitized solar cells (DSSCs)", Sol. Energy. 185, 165-188, 2019.
  28. C.C. Ting, W.S. Chao, "Efficiency improvement of the DSSCs by building the carbon black as bridge in photoelectrode", Appl. Energy. 87, 2500-2505, 2010.
  29. P. Du, L. Song, J. Xiong, N. Li, L. Wang, Z. Xi, N. Wang, L. Gao, H. Zhu, "Dye sensitized solar cells based on anatase TiO2/multi-walled carbon nanotubes composite nanofibers photoanode", Electrochim. Acta. 87, 651-656, 2013.
  30. L. Gomathi Devi, R. Kavitha, "A review on plasmonic metal–TiO2 composite for generation, trapping, storing and dynamic vectorial transfer of photogeneratedelectrons across the Schottky junction in a photocatalytic system", Appl. Surface Sci. 360, 601-622, 2016.
  31. T. Solaiyammal, P. Murugakoothan, "Green synthesis of Au and the impact of Au on the efficiency of TiO2 based dye sensitized solar cell", Mater. Sci. Energy Technol. 2, 171-180, 2019.
  32. H. Ran, J. Fan, X. Zhang, J. Mao, G. Shao, "Enhanced performances of dye-sensitized solar cells based on Au-TiO2 and Ag-TiO2 plasmonic hybrid nanocomposites", Appl. Surf. Sci., 430, 415-423, 2018.
  33. S. Suhaimi, M.M. Shahimin, Z.A. Alahmed, J. Chysky, A.H. Reshak, "Materials for enhanced dye-sensitized solar cell performance: electrochemical application", Int. J. Electrochem. Sci. 10, 2859-2871, 2015.
  34. A. Jena, S.P. Mohanty, P. Kumar, J. Naduvath, V. Gondane, P. Lekha, J. Das, H.K. Narula, S. Mallick, P. Bhargava, "Dye sensitized solar cells: a review", Trans. Indian. Ceram. Soc., 71, 1-6, 2012.
  35. S. Mozafari, M.R. Nateghi, M. Borhani Zarandi, "An overview of the challenges in the commercialization of dye sensitized solar cells", Renew. Sustain. Energy Rev. 71, 675-686, 2017.
  36. A. Fakharuddin, R. Jose, T.M. Brown, F. Santiago, J. Bisquert, "A perspective on the production of dye sensitized solar modules", Energy Environ. Sci. 7, 3952-3981, 2014.