Ноябрь 2015, № 13 (188)

УДК: 535.215.4;535.343.9Кислов Д.А. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СВЕТОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СОЛНЕЧНЫМИ ЯЧЕЙКАМИ ГРЕТЦЕЛЯ ЗА СЧЕТ ВНЕДРЕНИЯ В КОНСТРУКЦИЮ ПЛАЗМОННЫХ НАНОЧАСТИЦРаботы над улучшением характеристик солнечных ячеек ведутся постоянно. Один из вариантов повышения эффективности преобразования солнечной энергии фотоэлектронными преобразователями  — использование металлических плазмонных наноструктур в конструкции фотовольтаических ячеек. Проведено исследование влияния металлических наночастиц с плазмонным резонансом на механизмы работы электрохимических фотовольтаических элементов (солнечных батарей) на основе наноструктурированного диоксида титана. Основная идея работы заключается в том, что у молекул красителя в ячейке Гретцеля, попавших в область локально усиленного электрического поля металлической наночастицы, в значительной степени меняется сечение поглощения. Данный эффект приводит к тому, что фотовольтаические ячейки генерируют больше свободных носителей заряда. На наш взгляд, данное явление является одним из наиболее существенных при описании влияния наночастиц металла с плазмонными свойствами на работу ячеек Гретцеля. В работе показано, что образцы, в конструкцию которых внедрены наночастицы серебра, генерируют больший фототок. Причем ток тем больше, чем больше концентрация наносеребра присутствует в ячейке. Установлено, что для образца с максимальной концентрацией наночастиц величина тока короткого замыкания в два раза больше значения тока в эталонном образце. Анализ показывает, что при добавлении в структуру ячеек Гретцеля максимальной концентрации плазмонных наночастиц КПД увеличивается более чем в два раза по сравнению с эталонным образцом. Проведена серия экспериментов, в которых исследовались емкостные и транспортные свойства полученных образцов фотовольтаических ячеек. Показано, что наличие в конструкции ячеек наночастиц серебра на 30 % увеличивает электрохимическую емкость. Кроме того, показано, что добавление в ячейки наночастиц серебра значительно увеличивает коэффициент диффузии. Так, для образца с максимальной концентрацией наночастиц средний коэффициент диффузии на 20 % больше среднего коэффициента диффузии в эталонном образце.Ключевые слова: cолнечная батарея, фотовольтаика, поверхностные плазмоны, DSSC, металлическая наночастица, диоксид титана, молекулы красителя, нанокластер, ячейка Гретцеля.

Загрузить

Список использованной литературы:

1. Brian O'Regan A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films / Brian O'Regan, Michael Gratzel // Nature.  — 1991.  — Vol. 353.  — p.737–740.

2. Nazeeruddin, M. K. Conversion of light to electricity by cis-X2bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium (II) charge-transfer sensitizers (X = Cl-, Br-, I-, CN-, and SCN-) on nanocrystalline titanium dioxide electrodes / M. K. Nazeeruddin, A. Kay, I. Rodicio, R. Humphry-Baker, E. Mueller, P. Liska, N. Vlachopoulos, M. Graetzel // J. Am. Chem. Soc.  — 1993.  — v. 115.  — №6382.  — pp 6382–6390.

3. Graetzel, M Recent advances in sensitized mesoscopic solar cells / M. Graetzel // Acc. Chem. Res.  — 2009.  — v. 42 (11).  — P. 1788–1798.

4. Hagfeldt, A Dye-sensitized solar cells / A. Hagfeldt, G. Boschloo, L. Sun, L. Kloo, H. Pettersson // Chem. Rev.  — 2010.  — v. 110.  — № 6595.  — P. 6595-663.

5. Kislov D.A. Dye-sensitized solar cell containing plasmonic silver nanoparticles / Kislov D.A., Isupov A.Yu. // Russian-Japanese Conference "Chemical Physics of Molecules and Polyfunctional Materials": Proceedings. OSU, Orenburg, Russia  — 2014.  — p.10-12.

6. Kislov D.A. Effect of plasmonic silver nanoparticles on the photovoltaic properties of graetzel solar cells / Kislov D.A.// Proceedings IV International Conference Photonics and Information Optics. Moscow. — 2015.  — p. 252-253.

7. Harry A. Atwater Plasmonics for improved photovoltaic devices / A. Harry, Albert Polman // Nature materials.  — 2010.  — № 9.  — С. 205–215.

8. Su-Jien, Lin Enhanced performance of dye-sensitized solar cells via plasmonic sandwiched structure / Su-Jien Lin, Kuang-Che Lee, Jyun-Lin Wu, and Jun-Yi Wu // Physics letter.  — 2011.  — № 99.  — P. 257-264.

9. Jinwei, Li Silver nanoparticle doped TiO2 nanofiber dye sensitized solar cells / Jinwei Li, Xi Chen, Nan Ai, Jumin Hao, Qi Chen, Stefan Strauf, Yong Shi // Chemical Physics Letters.  — 2011.  — № 514.  — P. 141 — 145.

10. Nahm, Changwoo The effects of 100 nm-diameter Au nanoparticles on dye-sensitized solar Cells / Changwoo Nahm, Hongsik Choi, Jongmin Kim, Dae-Ryong Jung, Chohui Kim, Joonhee Moon, Byungjoo Lee, Byungwoo Park // PPhysics Letters.  — 2011.  — № 99.  — Р. 563 — 570.

11. J. Turkevich A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold / J. Turkevich, P. C. Stevenson, J. Hillier // Discuss. Faraday Soc.. — 1951. — Vol. 11. — p. 55-75.

12. Neus G. Bastъs Synthesis of Highly Monodisperse Citrate-Stabilized Silver Nanoparticles of up to 200 nm: Kinetic Control and Catalytic Properties / Neus G. Bastъs, Florind Merkoзi, Jordi Piella, Victor Puntes // Chem. Mater., 2014, 26 (9), pp 2836–2846

13. Wojtysiak, S Influence of oxygen on the process of formation of silver nanoparticles during citrate/borohydride synthesis of silver sols / S.Wojtysiak, A. Kudelski // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. — 2012. — Vol. 410, — p. 45–51.

14. S. Kittler Toxicity of Silver Nanoparticles Increases during Storage Because of Slow Dissolution under Release of Silver Ions / S. Kittler, C. Greulich, J. Diendorf, M. Kцller, M. Epple // Chem. Mater., 2010, 22 (16), pp 4548–4554.

15. . Lu-Lin Li Characterisation of electron transport and charge recombination using temporally resolved and frequency-domain techniques for dye-sensitised solar cells / Lu-Lin Li, Yu-Cheng Chang, Hui-Ping Wu, Eric Wei-Guang Diau // International Reviews in Physical Chemistry. — 2012. — Vol.31. — p. 420-467

О статье

Автор: Кислов Д.А.

Год: 2015

Главный редактор

Сергей Александрович
МИРОШНИКОВ

© Электронное периодическое издание: ВЕСТНИК ОГУ on-line (VESTNIK OSU on-line), ISSN on-line 1814-6465
Зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-37678 от 29 сентября 2009 г.
Учредитель: Оренбургский государственный университет (ОГУ)
Главный редактор: С.А. Мирошников
Адрес редакции: 460018, г. Оренбург, проспект Победы, д. 13, к. 2335
Тел./факс: (3532)37-27-78 E-mail: vestnik@mail.osu.ru