synthesis and application of tio2 cor shell nanocomposite cou/tio2 and ag2o/ tio2 photoanode for dye sensitized solar cell
| dc.contributor.advisor | تعتبر الخلايا الشمسية الصبغية المحسوسة هي الأفضل لأنها بسيطة و رخيصة الثمن مقارنة بتقنيات الطاقات المتجددة. في الخلايا الشمسية الصبغية المحسوسة يلعب الفوتو انود دورا مهما في جمع ونقل الالكترونات المثارة من الصبغة إلي الدائرة الكهربية الخارجية.و يعتمد اداء الفوتو انود علي فجوة الطاقة و الشكل والموضع. البحث الحالي ركز علي تحسين خاصية حصاد الضوء للقطب الموجب للمركبات النانوية مثل ثنائي أكسيد التيانيوم TiO2 ،أكسيد النحاس/ ثنائي أكسيد التيانيوم CuO/TiO2 و أكسيد الفضة /ثنائي أكسيد التيانيوم Ag2O/TiO2، حيث تعتبر وسيلة فعالة لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية الصبغية. تم في البحث، تحضير جسيمات ثنائي أكسيد التيتانيوم متناهية الصغير بطريقة المحلول الهلامي والحرارة المائية. بإستخدام رابع أوكسيد التيتانيوم كمادة ابتدائية. وتم تسخين المادة الهلامية الي 500 درجة ،600 درجة،700 درجة و 800 درجة حرارة كلاً علي حدة لإربعة ساعات لدراسة تأثير درجة الحرارة علي خصائص ثناني اكسيد التيتانيوم. أظهر جهاز حيود الاشعة السينية بنية الهيكل (Anatase) لثنائي اكسيد التيتانيوم المحضر بالطريقة الهلامية بعد التسخين و اوضحت قوة انتشار الحيود تحسين في خصائص جودة البنية البلورية لثنائي اكسيد التيتانيوم مع زيادة درجة الحرارة. كما أظهرت نتائج مطياف الاشعة فوق البنفسجية أنة ليس هناك تغير في طيف الامتصاص من المنطقة فوق البنفسجية الي الطيف المرئي عند التسخين لدرجات حرارة مختلفة. كذلك أظهر فحص المجهر الالكتروني النانوي شكل دائري ذو توزيع منتظم يزيد بزيادة درجة الحرارة لثنائي اكسيد التيانيوم. جهاز مطيافية تشتت الطاقة بالاشعة السينية اوضح قياس متكافئ للتيتانيوم و الاوكسجين تحسن بدرجة الحرارة. وفي طريقة الحرارة المائية تم إستخدام Titanium bis (ammonium lactato) dihydroxide كمادة ابتدائية. وأظهر جهاز حيود الاشعة السينية بنية الهكيل (Anatase) بلورية مباشرة لثنائي أكسيد التيتانيوم. كما أظهر مطياف الأشعة فوق البنفسجية طيف إمتصاص في المنطقة فوق البنفسجية ولم يظهر إمتصاص في المنطقة المرئية. تم الحصول علي حجم الجسيمات وشكلها الخارجي من جهاز المجهر الالكتروني عالي الدقة . النتائج تدل علي أن طريقة الحرارة المائية هي بسيطة وسريعة للحصول علي بنية Anatase بلورية لثنائي اكسيد التيتانيوم.ثانياً تم تحضير مركبات CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 كلاً علي حدة. وأظهر جهاز حيود الاشعة السينية شكل احادي الميلان لاوكسيد النحاس و Anatase لثنائي اكسيد التيتانيوم.وبنية مربعة لاكسيد الفضة و Anatase لثنائي اكسيد التيتانيوم كبنية مركبة. كما أظهر جهاز مطياف الاشعة فوق البنفسجية تحسن في طيف امتصاص التيتانيوم بعد إضافة أكسيد النحاس و أكسيد الفضة. اكد جهاز المجهر الالكتروني عالي الدقة تكوين CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 كمركبات نواة و قشرة خارجية . الخطوة الثالثة هي تطبيق هذة المواد TiO2, CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 كأنود ضوئي للخلايا الشمسية الصبغية وحساب الكفاءة لها. تم تحضير الخلايا الشمسية الصبغية بطريقة دكتور بليد؛ واحدة من التقنيات المستخدمة في إنتاج الشرائح الرقيقة. وأظهر قياس (التيار-الجهد) أن الكفاءة لـ CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 أعلي من كفاءة الخلايا الشمسية الصبغية لــــــ TiO2. Abstract Dye sensitized solar cells (DSSCs) are preferable as simple and low cost renewable energy technique. In DSSCs the photo-anodes play significant role for collecting and transfer of photo-excited electrons from dye to external electric circuit. The performances of the photo-anode depend on the bandgap, morphology and composition. The present work is focused on enhancing the light-harvesting properties of the photo-anodes TiO2, CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 nano-composite which is considering a promising way to encourage the efficiency (η) of DSSCs. Firstly, the thesis studied the preparation of titanium dioxide TiO2 nanoparticles by sol-gel and hydrothermal methods. The sol-gel method used titanium tetra chloride (TiCl4) as precursor, the dried gel was annealed at temperatures of 500oC, 600oC, 700oC and 800 oC each for 4 hours to study the effect of annealing temperature on the properties of TiO2 nano-powder. XRD showed anatase structure for TiO2 synthesized by sol-gel method after annealing and its diffraction scattering intensity indicated the improvement in the crystal structure quality of TiO2 as the temperature increases. The UV-VIS results show that there is no shifting in the absorption spectrum from the UV towards the visible region after annealing at different temperatures. SEM nano-graphs show a uniform distribution of spherical shape TiO2 that has a size which increases with annealing temperature. EDX indicated stoichiometric chemical composition between Ti and O enhanced by annealing. While the hydrothermal method was used Titanium bis (ammonium lactato) dihydroxide as precursor. XRD showed TiO2 crystalline anatase phase directly. From the UV-VIS results the absorption spectrum was clear in the UV region, but there is no absorption in VIS region appeared. The particle size and the morphology were obtained from the HRTEM results. These results indicate that the hydrothermal method is simple and fast way to synthesis of TiO2 crystalline anatase phase. Secondly the CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 core shell nanocomposite each were synthesized. The XRD appeared monoclinic structure of CuO and anatase TiO2. And cubic structure for Ag2O with antase TiO2 phase as composite structure. UV-ViS results show there an improvement in the TiO2 absorption spectrum after introducing of CuO and Ag2O as composite. The HRTEM confirmed the formation of CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 core-shell nano-composite. Finally the TiO2, CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 were applied as photo-anode for DSSCs and the efficiency was calculated. The DSSC was synthesized by doctor blade method, one of the widely used techniques for producing thin films. Current–voltage measurements (I-V) showed that the efficiency achieved by CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 was higher than the Pure TiO2 DSSCs. | |
| dc.contributor.author | hdeel alamin elbushra alamin | |
| dc.date.accessioned | 2022-11-29T13:10:00Z | |
| dc.date.available | 2022-11-29T13:10:00Z | |
| dc.date.issued | 2020-08 | |
| dc.description | athesis submitted to al- neelainuniverity in of fulfillment requirements for ph.d. degree in physics (material science) | en_US |
| dc.description.sponsorship | prof : hassan wardi hassan | en_US |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/18182 | |
| dc.publisher | Al-Neelain University | en_US |
| dc.subject | sensitized solar cell | en_US |
| dc.title | synthesis and application of tio2 cor shell nanocomposite cou/tio2 and ag2o/ tio2 photoanode for dye sensitized solar cell | en_US |
| dc.type | Thesis | en_US |
| dcterms.abstract | تعتبر الخلايا الشمسية الصبغية المحسوسة هي الأفضل لأنها بسيطة و رخيصة الثمن مقارنة بتقنيات الطاقات المتجددة. في الخلايا الشمسية الصبغية المحسوسة يلعب الفوتو انود دورا مهما في جمع ونقل الالكترونات المثارة من الصبغة إلي الدائرة الكهربية الخارجية.و يعتمد اداء الفوتو انود علي فجوة الطاقة و الشكل والموضع. البحث الحالي ركز علي تحسين خاصية حصاد الضوء للقطب الموجب للمركبات النانوية مثل ثنائي أكسيد التيانيوم TiO2 ،أكسيد النحاس/ ثنائي أكسيد التيانيوم CuO/TiO2 و أكسيد الفضة /ثنائي أكسيد التيانيوم Ag2O/TiO2، حيث تعتبر وسيلة فعالة لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية الصبغية. تم في البحث، تحضير جسيمات ثنائي أكسيد التيتانيوم متناهية الصغير بطريقة المحلول الهلامي والحرارة المائية. بإستخدام رابع أوكسيد التيتانيوم كمادة ابتدائية. وتم تسخين المادة الهلامية الي 500 درجة ،600 درجة،700 درجة و 800 درجة حرارة كلاً علي حدة لإربعة ساعات لدراسة تأثير درجة الحرارة علي خصائص ثناني اكسيد التيتانيوم. أظهر جهاز حيود الاشعة السينية بنية الهيكل (Anatase) لثنائي اكسيد التيتانيوم المحضر بالطريقة الهلامية بعد التسخين و اوضحت قوة انتشار الحيود تحسين في خصائص جودة البنية البلورية لثنائي اكسيد التيتانيوم مع زيادة درجة الحرارة. كما أظهرت نتائج مطياف الاشعة فوق البنفسجية أنة ليس هناك تغير في طيف الامتصاص من المنطقة فوق البنفسجية الي الطيف المرئي عند التسخين لدرجات حرارة مختلفة. كذلك أظهر فحص المجهر الالكتروني النانوي شكل دائري ذو توزيع منتظم يزيد بزيادة درجة الحرارة لثنائي اكسيد التيانيوم. جهاز مطيافية تشتت الطاقة بالاشعة السينية اوضح قياس متكافئ للتيتانيوم و الاوكسجين تحسن بدرجة الحرارة. وفي طريقة الحرارة المائية تم إستخدام Titanium bis (ammonium lactato) dihydroxide كمادة ابتدائية. وأظهر جهاز حيود الاشعة السينية بنية الهكيل (Anatase) بلورية مباشرة لثنائي أكسيد التيتانيوم. كما أظهر مطياف الأشعة فوق البنفسجية طيف إمتصاص في المنطقة فوق البنفسجية ولم يظهر إمتصاص في المنطقة المرئية. تم الحصول علي حجم الجسيمات وشكلها الخارجي من جهاز المجهر الالكتروني عالي الدقة . النتائج تدل علي أن طريقة الحرارة المائية هي بسيطة وسريعة للحصول علي بنية Anatase بلورية لثنائي اكسيد التيتانيوم.ثانياً تم تحضير مركبات CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 كلاً علي حدة. وأظهر جهاز حيود الاشعة السينية شكل احادي الميلان لاوكسيد النحاس و Anatase لثنائي اكسيد التيتانيوم.وبنية مربعة لاكسيد الفضة و Anatase لثنائي اكسيد التيتانيوم كبنية مركبة. كما أظهر جهاز مطياف الاشعة فوق البنفسجية تحسن في طيف امتصاص التيتانيوم بعد إضافة أكسيد النحاس و أكسيد الفضة. اكد جهاز المجهر الالكتروني عالي الدقة تكوين CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 كمركبات نواة و قشرة خارجية . الخطوة الثالثة هي تطبيق هذة المواد TiO2, CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 كأنود ضوئي للخلايا الشمسية الصبغية وحساب الكفاءة لها. تم تحضير الخلايا الشمسية الصبغية بطريقة دكتور بليد؛ واحدة من التقنيات المستخدمة في إنتاج الشرائح الرقيقة. وأظهر قياس (التيار-الجهد) أن الكفاءة لـ CuO/TiO2 و Ag2O/TiO2 أعلي من كفاءة الخلايا الشمسية الصبغية لــــــ TiO2. Abstract Dye sensitized solar cells (DSSCs) are preferable as simple and low cost renewable energy technique. In DSSCs the photo-anodes play significant role for collecting and transfer of photo-excited electrons from dye to external electric circuit. The performances of the photo-anode depend on the bandgap, morphology and composition. The present work is focused on enhancing the light-harvesting properties of the photo-anodes TiO2, CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 nano-composite which is considering a promising way to encourage the efficiency (η) of DSSCs. Firstly, the thesis studied the preparation of titanium dioxide TiO2 nanoparticles by sol-gel and hydrothermal methods. The sol-gel method used titanium tetra chloride (TiCl4) as precursor, the dried gel was annealed at temperatures of 500oC, 600oC, 700oC and 800 oC each for 4 hours to study the effect of annealing temperature on the properties of TiO2 nano-powder. XRD showed anatase structure for TiO2 synthesized by sol-gel method after annealing and its diffraction scattering intensity indicated the improvement in the crystal structure quality of TiO2 as the temperature increases. The UV-VIS results show that there is no shifting in the absorption spectrum from the UV towards the visible region after annealing at different temperatures. SEM nano-graphs show a uniform distribution of spherical shape TiO2 that has a size which increases with annealing temperature. EDX indicated stoichiometric chemical composition between Ti and O enhanced by annealing. While the hydrothermal method was used Titanium bis (ammonium lactato) dihydroxide as precursor. XRD showed TiO2 crystalline anatase phase directly. From the UV-VIS results the absorption spectrum was clear in the UV region, but there is no absorption in VIS region appeared. The particle size and the morphology were obtained from the HRTEM results. These results indicate that the hydrothermal method is simple and fast way to synthesis of TiO2 crystalline anatase phase. Secondly the CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 core shell nanocomposite each were synthesized. The XRD appeared monoclinic structure of CuO and anatase TiO2. And cubic structure for Ag2O with antase TiO2 phase as composite structure. UV-ViS results show there an improvement in the TiO2 absorption spectrum after introducing of CuO and Ag2O as composite. The HRTEM confirmed the formation of CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 core-shell nano-composite. Finally the TiO2, CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 were applied as photo-anode for DSSCs and the efficiency was calculated. The DSSC was synthesized by doctor blade method, one of the widely used techniques for producing thin films. Current–voltage measurements (I-V) showed that the efficiency achieved by CuO/TiO2 and Ag2O/TiO2 was higher than the Pure TiO2 DSSCs. |