FABRICATION OF PEROVSKITE & DYE SENSITIZED SOLAR CELLS AND THEIR PARAMETRIC OPTIMIZATION

FABRICATION OF PEROVSKITE & DYE SENSITIZED SOLAR CELLS AND THEIR PARAMETRIC OPTIMIZATION. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Ph.D. Thesis-Muhammad Younas (Physics department))
PHD_Thesis_-_Muhammad_Younas.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 7 November 2020.
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives.

Download (9MB)

Arabic Abstract

تلعب الطاقة دورًا مهمًا في التحديث والأتمتة والنمو الاقتصادي لأي بلد والمجتمع ككل. ومن المتوقع أنه بحلول عام 2050 ، سيرتفع استهلاك الطاقة إلى 23 تيرا واط من الرقم الحالي 13 تيراواط. يتم تلبية ما يقرب من 80٪ من احتياجات الطاقة العالمية من الوقود الأحفوري المستنفذ بسرعة ، ويؤدي الاستخدام المفرط له إلى اختلالات جيولوجية وضعف بيئي بسبب التخلص من كمية هائلة من غازات الدفيئة في الغلاف الجوي الهش. وقد شجع تصاعد الطلب على الطاقة والقضايا البيئية الباحثين على التركيز على مصادر الطاقة الجديدة النظيفة والصديقة للبيئة. تمتاز الطاقة الشمسية بحقيقة أنه يمكن الوصول إلى مصدر طاقة متجددعلى نطاق واسع ، وهو أوسع مصدر للطاقة المتجددة على كوكبنا. إن الخلايا الكهروضوئية المتوفرة ليست فعالة من حيث التكلفة أو أنها ليست ذات فعالية كبيرة. DSSCs والخلايا الشمسية perovskite هي الجيل الثالث من الخلايا الشمسية وهو نسخة جديدة تماما من الأجهزة الضوئية. هذه الخلايا الكهروضوئية الناشئة لها مزايا مختلفة على نظائرها القائمة على السيليكون. في هذه الرسالة ، نركز على أهم ميزات الخلايا الكهروضوئية ، أي خفض التكلفة وتعزيز الكفاءة. استخدمنا أساليب جديدة للتوعية المشتركة وفعالة من حيث التكلفة لتعزيز الفعالية من خلال جمع الإلكترونات المزججة إلى الدائرة الخارجية. استخدمنا أكسيد التنغستن (WO3) والأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWCNT) مع ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) كمركب نانوي لتصنيع الخيط الضوئي للحد من إعادة تجميع الرسوم. وعلاوة على ذلك ، استخدمنا MWCNT فعالة من حيث التكلفة لاستبدال البلاتين باهظة الثمن (حزب العمال). باستخدام هذه الاستراتيجيات ، قمنا بتخفيض التكلفة وتحسين البارامترات المختلفة لتعزيز الكفاءة. وعلاوة على ذلك ، استخدمنا مواد perovskite وفيرة وفعالة من حيث التكلفة من أجل زراعة بلورات مفردة وتصنيع الخلايا الشمسية. استخدمنا نهجا جديدا من بلورات ثنائية متزايدة ثنائية / ثنائية البيروفسكايت لتعزيز الاستقرار وكذلك الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصنيع خلايا بيروفسكايت الشمسية المطبوعة المعتمدة على الكربون باستخدام تقنية تبلور درجة الحرارة العكسية (ITC) ويتم مقارنة كفاءة كلا النوعين من خلايا بيروفسكايت الشمسية. معظم نتائج هذه الأطروحة منشورة أو قيد المراجعة. النتائج الرئيسية لهذا البحث تتضمن أطروحة فعالية تقنية التوعية المشتركة لتعزيز كفاءة DSSCs. إن استخدام MWCNTs في الصورة الضوئية يعزز كفاءة DSSCs بسبب تقليل إعادة تجميع الرسوم. وجد أيضًا أن MWCNTs يمكن استخدامها كقطب مضاد في DSSC نظرًا لاستقرارها الكبير ونشاطها الحفاز. يتم قياس الثبات والنشاط الحفزي لـ MWCNT ومقارنتهما مع أقطاب Pt التقليدية. إن الميزة الرئيسية لاستخدام MWCNT لاستبدال Pt التقليدي في القطب المضاد هي تكلفتها التي تقل بكثير عن المعدن النبيل ، أي نقطة. علاوة على ذلك ، وجد أيضًا أن البيروفسكايت ثنائي الأبعاد / ثلاثي الأبعاد أكثر استقرارًا من مواد البيروفسكايت ثلاثية الأبعاد فقط.

English Abstract

Energy plays an important role in modernization, automation and economic growth of any country and society at large. It is predicted that by 2050, the energy consumption will rise to 23 terawatts from the current figure of 13 terawatt. Nearly 80% of the world energy requirement is catered by rapidly depleting fossil fuels, the excessive use of which triggers geological imbalances and environmental impairment due to the disposal of huge amounts of greenhouse gases in the fragile atmosphere. Escalating energy demands and ecological issues have encouraged researchers to focus on clean and eco-friendly energy sources. Solar energy enjoys the fact that it is easily attainable, most wide and approachable source of renewable energy on our planet. At present, the available photovoltaic cells are not cost effective nor very efficient. DSSCs and perovskite solar cells are third generation solar cells which is quite new version of photovoltaic devices. These emerging photovoltaics have various advantages over their silicon-based counterparts. In this thesis we focus on the most important parameters of photovoltaics i.e. reduction of cost, improvement of efficiency, and stability. We used novel co-sensitization and cost-effective approaches to enhance the efficiency by collecting the photogenerated electron to the external circuit. We used tungsten oxide (WO3) and multiwall carbon nanotubes (MWCNT) with titanium dioxide (TiO2) as a nanocomposite for the photoanode to reduce the recombination of charges. Additionally, we used cost-effective MWCNT to replace expensive platinum (Pt) at counter electrode. By using these strategies, we reduced cost and improved different parameters for enhancement of efficiency. Furthermore, we used abundant and cost-effective perovskite materials to grow single crystals by using inverse temperature crystallization technique (ITC). We used a novel approach by mixing of 2D/3D perovskite materials and subsequently growth of single crystals using the ITC technique. We used the ITC technique concept to the carbon-based printed perovskite solar cells to grow larger crystals for improvement of efficiency. The carbon-based printed perovskite solar cells were fabricated using conventional way (poly crystalline) to fabricate solar cells and larger crystals using ITC techniques to confirm the improvement in the performance of the solar cells. The key findings of this thesis research include the effectiveness of co-sensitization technique to enhance the efficiency of the DSSCs. The use of MWCNTs in photoanode enhance the efficiency of DSSCs due to reduction of recombination of charges. It is also found that MWCNTs can be used as counter electrode in DSSC due to its great stability and catalytic activity. The stability and catalytic activity of MWCNT measured and compared with conventional Pt counter electrodes. The key advantage of using MWCNT to replace conventional Pt in counter electrode is its cost which is much less than noble metal i.e. Pt. Furthermore, it is also found that 2D/3D mixed perovskite are more stable than 3D perovskite materials only.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Physics
Divisions: College Of Sciences > Physics Dept
Committee Advisor: Gondal, Mohammad Ashraf
Committee Members: Yamani, Zain Hassan Abdullah and Al-sulaiman, Fahad Abdulaziz and Bakr, Osman M.
Depositing User: MUHAMMAD YOUNAS (g201405340)
Date Deposited: 24 Nov 2019 11:14
Last Modified: 24 Nov 2019 11:14
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141027