تحضير وتشخيص المفرق المتجانس لثنائي اوكسيد التيتانيوم نانوي التركيب للتطبيقات الفوتوفولتائية

الباحث

أسيل صبحي جاسم

المشرف

عدي نعيم سلمان

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم العلوم التطبيقية / الفيزياء التطبيقية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

TiO2 Nanostructures; Homojunction; Photovoltaic; Solar Cells

في هذه الدراسة ، تم إنتاج أغشية ثنائي اوكسيد التيتانيوم الشفافة غير المشوبة من النوع القابل باستخدام العملية الحرارية بالمذيبات عن Gob تكوين عيوب ذاتية ( شواغر التيتانيوم) (51) باستخدام الكحول كمذيب مع الكليسيرول لمدة(24) debs عند )180 درجة مئوية) aly ينجح تحضير الاغشية باستخدام الحامض مع الكليسيرول. بالإضافة إلى أغشية ثنائي اوكسيد التيتانيوم العادية من النوع المانح بشكل فعال على قواعد أوكسيد القصدير المشوب بالفلور باستخدام العملية الحرارية بالمذيبات، باستخدام الإيثانول لمدة )24( ساعة عند (180 درجة مئوية) (52) و حامض الهيدروكلوريك لمدة )5( ساعات عند (180 درجة مئوية)(53) . تم تحضير أغشية ثنائي اوكسيد التيتانيوم الشفافة غير المشوبة من النوع القابل بأزمان انماء مختلفة (24-19-14-9-6) ساعة ودرجات حرارة مختلفة )17061806190( درجة مئوية باستخدام الإيثانول كمذيب ثم دراسة تأثير زمن الانماء ودرجة الحرارة على الخواص التركيبية والبصرية والكهربائية وكذلك دراسة خصائص (S2) و(53) والتي تم تحضيرها باستخدام محلولين مختلفين. تحليل البنية وهيئة السطح تم باستخدام تحليل حيود الاشعة السينية والمجهر الإلكتروني الماسح والتحليل الطيفي للإلكترون بالأشعة السينية. أكد تحليل حيود الاشعة للأغشية المرسبة (51) ، (92) تكوين طور اناتاس متعدد البلورات - رباعي الزوايا كطور رئيسي مع طور روتايل كطور ثانوي بينما تكوين طور الروتايل متعدد البلورات رباعي الزوايا كطور رئيسي مع الاناتاس كطور ثانوي لاغشية )93( | أظهرت قياسات المجهر الالكتروني الماسح لأغشية (51) المحضرة بأزمان مختلة للانماء بأنها ld بنية نانوية تشبه العشب ¢ وذات تركيب نانوي يشبه زهرة الدراسينا للأغشية المحضرة بدرجات حرارة مختلفة للنمو (51) .في(52) تمت تغطية القاعدة الزجاجية FTO بشكل كامل Andel 7102 ولكن مع حبيبات غير منتظمة الشكل عوفي (53) تم الحصول على قضبان نانوية. استخدمت قياسات XPS لفحص الحالة الكيميائية للعناصر المكونة ل 51,52 وأظهرت النتيجة أيضًا أن حزمة التكافؤ ل 51 يبدأ عند cls 4 وهو أقرب إلى مستوى فيرمي (0.0 فولت) من أما بالنسبة ل 52 والذي يبدأ ب 2.1 فولتء مما يدل على أن ال 51 في اغشية من النوع القابل.تم استخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه 11 التحديد المجموعات الفعالة والتركيب الكيميائي لأغشية TIO, المحضرة:؛ وقد أكدت النتائج تكوين Ti-O-Tis 15-0 في أغشية TIO, تم asl نسبة القياس المتكافئ ل (Ti) و (0) في أغشية و1710 بواسطة تحليل (EDX) لتكون 2: 1. بالنسبة إلى (S1) و 9(S2) (53). تمت دراسة الخواص البصرية مثل النفاذية ومعامل الامتصاص وفجوة الطاقة لكل من (91) بفترات انماء ودرجات حرارة مختلفة وكذلك لكل من (52) و(83). تؤدي ازمان النمو ودرجات الحرارة المختلفة إلى سماكات مختلفة للأغشية المحضرة ، كما أن الزيادة في سماكة الاغشية تقلل النفاذية في (91) .كانت جميع العينات شفافة في نطاق الطول الموجي المرئي ، كان هناك تغير طفيف في فجوة الطاقة بين (3.2- 3.4 ) الكترون فولت مع زيادة ازمان النمو بينما يؤدي ارتفاع درجة حرارة النمو إلى تقليل طاقة فجوة للأغشية المحضرة.. فجوة طاقة(52) كانت (3.2) الكترون فولت و (53) (3) الكترون فولت وهو ما يعادل فجوة طاقة الاناتاس و الروتايل على التوالي. ومن خلال قياسات هول تبين ان أغشية ثنائي اوكسيد التيتانيوم الشفافة غير المشوبة اشباه موصلات من النوع القابل مع توصيلية وتحركية عالية للشحنات اما أغشية SUS اوكسيد التيتانيوم العادية (52) و(53) فكانت اشباه موصلات من النوع المانح. أظهر الصمام الثنائي المتجانس والمحضر بأزمان انماء مختلفة لاغشية ثنائي اوكسيد التيتانيوم الشفافة غير المشوبة من النوع القابل(51) على أغشية ثنائي اوكسيد التيتانيوم العادية من النوع المانح (52) سلوكًا مميرًا يشبه الصمام الثنائي مع عامل مثالية عالي أظهرت الخلية الشمسية الحساسة للصبغة ذات الحالة الصلبة المبنية على اساس الصمام الثنائي المرسب بأزمان انماء مختلفة لأغشية ثنائي اوكسيد التيتانيوم الشفافة غير المشوبة من النوع القابل أظهرت كفاءة تحويل كهروضوئية إجمالية قدرها 0.496,1.896,1.3896 للخلايا المحضرة بأزمان 9,19,24 ساعة على التوالي.

In this study, transparent defective undoped p-type TiO2 films were prepared via solvothermal method by making native metal defects (Titanium vacancies) using ethanol as a solvent with glycerol for 24h at 180 ̊C, S1. Normal n-type TiO2 films using ethanol for 24h at 180 ̊C, S2 and using HCl for 5h at 180 ̊C, S3, were effectively produced on Fluorine Tin Oxide substrates FTO via the solvothermal technique. Defective TiO2 films were prepared with different growth times 4,6,9,14, and 24h and temperatures 170,180,190 ̊C S1. The effect of growth duration and temperature upon (S1) TiO2 films were analyzed for their morphological, structural, electrical, and optical properties, as well as the properties of S2 and S3, which were prepared using two various solutions. The morphological and structural properties were analyzed using X-ray diffraction, X-Ray Photoelectron spectroscopy (XPS), and Field Emission Scanning Electron Microscopy FESEM. The X-ray diffraction (XRD) analysis of deposited films S1 and S2 have confirmed the formation of the polycrystalline-tetragonal phase anatase as a major phase with a minor rutile phase, while the formation of the polycrystalline-tetragonal rutile phase as a major phase with a minor anatase phase for S3. The FESEM measurements of TiO2 films evinced the grass shape nanostructure for the prepared films with different growth times and the formation of Dracaena-like flower nanostructure for the films prepared with different growth temperatures S1, the FTO-glass substrate was covered with TiO2 films but with irregular grains in S2, and with TiO2 nanorods in S3. The measurements of (XPS) were utilized to investigate the chemical conditions of the constituent elements for S1 and S2, the result also showed that the valence band of defective TiO2 begins at 1.4 eV, which is nearer to the Fermi level (0.0 eV) than that for the normal (TiO2), which begins at 2.1 eV, indicating that the defective (TiO2) possesses a p-type feature. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis was used to determine the functional groups and the chemical composition of prepared TiO2 films, the results confirmed the formation of the stretching vibration of Ti-O and Ti-O-Ti in normal and defective TiO2 films. The stoichiometry ratio of Ti and O in TiO2 films was confirmed by electron dispersive (EDX) analysis to be 2:1 of S1, S2, and S3. Optical properties have been investigated, such as transmittance, absorption coefficient, and energy gap, for S1 at different growth durations and temperatures and for S2 and S3. Different growth times and temperatures lead to various thicknesses of prepared films, and the increment in film thickness reduces the transmittance S1. All samples were transparent in the visible wavelength range. There was a slight notable change in the band gap between 3.2 eV-3.4 eV with increasing growth times (4- 24h), while the rising growth temperature leads to decreased band gap energy of the prepared films S1. S2 with 3.2 eV energy gap and S3 with 3 eV, which is equivalent to the energy gap of anatase and rutile, respectively. Photoluminescence Spectra (PL) was also used to obtain the energy gap of all prepared TiO2 films, from PL spectra there was a big difference in PL intensity between (S1) and (S2), which were prepared at the same solvothermal conditions at (180 ⸰C) for (24h) due to the decrease of oxygen vacancies. Diffuse Reflectance Spectra (DRS) was used to obtain the diffuse reflectance spectra of all TiO2 films, and the energy band gap was computed employing Kubelka- Munk's formula. The defective TiO2 films S1 depict the p-type conductivity with a high charge mobility and n-type conductivity for normal TiO2 films S2 and S3, which was verified via the Hall Effect measurement. All Titania p-n homo-junction at different growth times of transparent undoped defective p-type TiO2 films demonstrated diode-like behaviour with a high ideality factor. Synthetization of Solid State Dye Sensitized Solar Cell ss-DSSC based on solvothermally native defect-induced transparent p‐n TiO2 homo-junction using Spiro-OMeTAD produced by Spin Coating Technique with different growth time of defective TiO2 films demonstrated an overall photo-electric conversion efficiency of 0.4%, 1.8%, 1.38% at growth time 9,19,24 h respectively.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب