Cu Doped ZnO as Transparent Electrode for Dye Sensitized Solar Cell )DSSC(

Abstract

Abstract Pure and Cu doped ZnO nanoparticles, with different doping ratio (0, 2, 4, 6 and 8) at%, were prepared by hydro thermal method at 90 ᵒC from zinc nitrate Zn(NO3)H2O and sodium hydroxide NaOH as precursors, and with substitution additive of CuO as a dopant at the selected ratio. The effect of Cu doping ratio on structural and optical properties for synthesized nanoparticles were studied by X-ray diffraction, UV-visible absorbance and Fourier transform infrared spectroscopy to find the optimum conditions for use the produced nanoparticles with iodine dye in solar cell application X-ray diffraction measurements show polycrystalline structure for all samples identical with ZnO standard peaks. The crystallinety decrease with increasing doping ratio. The non-uniform strain (ε), calculated by Williamson-Hall (W-H) plot shows that the ε increase with increasing Cu ratio specially at 8%. The maximum value for crystalline size at 2% Cu then decreases with increasing doping ratio. Optical properties showed that the transmittance increases with increasing doping ratio to 8% reaching values higher than 90% in the visible region. The energy gap was direct transition, and increasing of Cu content from 0 to 2% leads to decrease the optical band gap from 3.20 to 3.14 eV and then increase to 3.26 eV at 8% Cu due to decreasing the nanosize. FTIR patterns show small peaks located in the range from 420 to 620 cm-1 corresponding to Zn-O vibrations, indicate on ZnO formation. The I-V characteristics for DSSC under illumination , for samples based on Cu doped ZnO NPs with different ratio, show that the efficiency increase with increasing the Cu dopant ratio to reach 0.0439 at 8% Cu content.

الخلاصة

تم تحضير جسيمات اوكسيد الخارصين النانوية النقية والمشوبة بالنحاس وبنسب ذرية مختلفة (0 و 2 و 4 و 6 و 8) ٪ بالطريقة الحرارية المائية عندᵒC 90 من نترات الزنك (ZnNO3) H2O وهيدروكسيد الصوديوم NaOH كمواد اولية، مع اضافة تعويضية من CuO وبالنسب المحددة. تم دراسة تأثير نسبة التشويب بالنحاس على الخصائص الهيكلية والبصرية للجسيمات النانوية المحضرة، بواسطة حيود الأشعة السينية وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية المرئية وتحويل فورييه للتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء للعثور على الظروف المثلى لاستخدام جزيئات النانو المنتجة مع صبغة اليود في تطبيقات الخلايا الشمسية أظهرت قياسات حيود الأشعة السينية تركيب متعدد التبلور لجميع العينات متطابقة مع قمم القياسية لأوكسيد الزنك. و انخفاض درجة التبلور مع زيادة نسبة التشويب. الاجهاد الغير منتظم في الشبيكة (ε)، و المحسوب باستخدام معادلة ويليامسون-هول يدل على زيادة ε مع زيادة نسبة النحاس خاصة في 8٪. بينما كانت اكبر قيمة للحجم البلوري عند النحاس 2٪ ثم تنخفض مع زيادة نسبة التشويب. أظهرت الخصائص البصرية أن النفاذية تزداد مع زيادة نسبة التشويب إلى 8٪ تصل إلى قيم أعلى من 90٪ في المنطقة المرئية. وكانت فجوة الطاقة ذات انتقال مباشر، وزيادة محتوى النحاس من 0 إلى 2٪ يؤدي إلى تقليل فجوة الطاقة البصرية من 3.20 إلى 3.14 فولت ومن ثم زيادة إلى 3.26 فولت عند 8٪ النحاس بسبب انخفاض الحجم النانوي. بينت منحنيات FTIR قمم صغيرة تقع في نطاق 420-620 سم -1 المقابلـــة للاهتزازات Zn-O، و التي تدل على تشكيل أكسيد الزنك. بينت خصائص I-V لخلايا الصبغة DSSC تحت الإضاءة، للعينات المحضرة باستخدام عينات ZnO المشوب بالنحاس مع نسب مختلفة، يدل على زيادة الكفاءة مع زيادة نسبة التشويب تصل إلى %0.0439 عند محتوى النحاس 8٪