การเตรียมขั้วอิเล็คโทรดของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดว่องไวแสง โดยใช้ซิงค์ออกไซด์ที่มีสัณฐานที่แตกต่างกัน

Preparation of dye-sensitized solar cell electrodes using zinc oxide nanoparticles with various morphology

Name: วิกรม ศรีสุรกานต์

ThaSH: สังกะสีออกไซด์

ThaSH: เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง

Abstract: สังเคราะห์ซิงค์ออกไซด์ที่มีลักษณะสัณฐานแตกต่างกัน 12 สัณฐาน ได้แก่ สัณฐานทรงสี่หน้าที่มีความยาวขาแตกต่างกัน 3 สัณฐาน ทรงกลมกลวง ดอกไม้ที่เกิดจากการรวมกันของแผ่นชีทที่เรียงซ้อนกัน ดอกไม้ที่เกิดจากการรวมกันของแท่งตันลวด แท่งตันท่อกลวงและแผ่นมีรูพรุน โดยสังเคราะห์จากการทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊สและเฟสของเหลว และนำซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้ไปประยุกต์ใช้เป็นขั้วอิเล็กโทรดในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง ลักษณะโครงสร้างผลึกของผงซิงค์ออกไซด์สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยวิธีการหักเหของรังสีเอกซเรย์ ซึ่งผลที่ได้บ่งบอกว่าซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้มีลักษณะโครงสร้างผลึกแบบเฮกซะโกนอล เวิร์ธไซต์ ลักษณะทางสัณฐานวิทยา สามารถวิเคราะห์ได้จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พื้นที่ผิวและลักษณะของรูพรุนถูกวิเคราะห์โดยเครื่องวัดพื้นที่ผิวด้วยวิธีการดูดซับคายซับของแก๊สไนโตรเจน ซึ่งผลที่ได้แสดงถึงซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้ มีลักษณะรูพรุนทั้งในระดับเมโซพอร์และไม่มีรูพรุน ค่าความกว้างแถบพลังงานสามารถวิเคราะห์ได้โดยอาศัยความสามารถในการสะท้อนของแสงด้วยเทคนิคยูวี-วิสิเบิล สเปคโทรสโคปี โดยแนวโน้มของความกว้างแถบพลังงานที่มากขึ้นจะเป็นผลมาจากขนาดของผลึกที่มีขนาดเล็กลง ความไม่สมบูรณ์ของผลึกสามารถวิเคราะห์ได้ โดยอาศัยความสามารถในการเปล่งแสงของสารตัวอย่างด้วยวิธีโฟโตลูมิเนสเซน โดยความไม่สมบูรณ์ของผลึกจะขึ้นอยู่กับปริมาณสารตั้งต้น อุณหภูมิ และเวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา ปริมาณการดูดซับสีย้อมของซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้แต่ละสัณฐานที่ถูกใช้เป็นขั้วอิเล็กโทรด สามารถวิเคราะห์ได้โดยทำการสกัดสีย้อมด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ หาปริมาณสีย้อมที่สกัดได้ด้วยเทคนิคยูวี-วิสิเบิล สเปคโทรสโคปี โดยปริมาณพื้นที่ผิวจำเพาะที่มากจะส่งให้มีปริมาณการดูดซับสีย้อมที่มากขึ้นด้วย และค่าประสิทธิภาพโดยรวมสามารถวัดได้จากเครื่องกำเนิดแสงอาทิตย์จำลอง โดยค่าประสิทธิภาพโดยรวมจะขึ้นอยู่กับค่าความกว้างแถบพลังงาน ความไม่สมบูรณ์ของผลึก และค่าปริมาณการดูดซับสีย้อม ซึ่งค่าความกว้างแถบพลังงานที่เพิ่มขึ้นและระดับพลังงานแถบการนำของซิงค์ออกไซด์ที่น้อยกว่าชั้นที่อิเล็คตรอนของสีย้อมถูกกระตุ้น จะส่งผลให้มีอิเล็คตรอนจากสีย้อมตกบนชั้นแถบการนำของซิงค์ออกไซด์มากขึ้น ทำให้เซลล์มีประสิทธิภาพโดยรวมเพิ่มขึ้นด้วย ซิงค์ออกไซด์สัณฐานทรงกลมกลวง จะมีค่าประสิทธิภาพโดยรวมมากที่สุดเท่ากับ 0.49% เนื่องจากมีค่าความกว้างแถบพลังงานที่สูง ค่าความไม่สมบูรณ์ของผลึกที่น้อยที่สุด และค่าปริมาณการดูดซับสีย้อมที่มากที่สุด

Abstract: To synthesize ZnO nanostructured powders with 12 different morphologies by gas phase and liquid phase reaction. Different morphologies were obtained, such as nanotetrapods with three different long legs, nanospheres, hollow spheres, flower-like nanosheets, flower-like nanorods, nanowires, nanorods, nanotubes and porous plates which were observed by scanning electron microscopy (SEM). Crystalline characteristics of ZnO nanoparticles indicated hexagonal structure wurtzite phase which were investigated by X-ray diffraction technique (XRD). Their porosity were meso-porous and non-porous materials which were measured by nitrogen absorption desorption method. Energy band gap were characterized by reflectance of ZnO powder by UV-Visible spectroscopy. It was found that the trend of crystallite size decreases with increasing of band gap energy. Crystal defects were observed by photoluminescence technique. The defects were depended on the amount of substance, time and temperature of reaction. In addition, the synthesized ZnO were employed for fabricating as anodes of dye sensitized solar cell (DSSC). The amount of dye absorption on ZnO powder was leached by 0.1 M of NaOH and then determined by UV-Visible spectroscopy. The highest surface area, the highest dye absorption was obtained. The overall efficiency of DSSC depended on energy and gap, crystal defect and dye adsorption. The band gap energy was related to the energy level of conduction band when the electron from dye was transferred to the electrode. Therefore, DSSCs with anodes fabricated from ZnO hollow spheres with the highest surface area showed the maximal efficiency of 0.49% because of high energy band gap, lowest of crystal defect and the highest of dye absorption.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: อภินันท์ สุทธิธารธวัช

Role: ที่ปรึกษา

Name: ธวัชชัย ชรินพาณิชกุล

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2554

Modified: 2559-04-10

Issued: 2559-04-10

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/37226

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเคมี

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	wikorn_sr.pdf	6.69 MB	8	2019-10-30 13:04:34

ใช้เวลา

0.026424 วินาที