SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF LAURUS NOBILIS (BAY LEAVE) AND MEDITERRANEAN OLIVE LEAVE AS NATURAL SENSITIZERS FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MS Thesis) MS Thesis Report_Ryan Nur Iman_G202112650.pdf - Draft Version Restricted to Repository staff only until 22 January 2025. Download (6MB)

Arabic Abstract

ارتفاع الطلب العالمي على الطاقة في عام 2022 كان بشكل أساسي بفعل الاقتصادات الناشئة، حيث شهدت زيادة قدرها 6.63 إكساجول (EJ) مقارنة بالعام السابق، وبلغ إجمالي استهلاك الطاقة مستوى قياسيًا مرتفعًا يبلغ 604.04 إكساجول. يتوقع زيادة الطلب العالمي على الطاقة بنسبة 28% بين عامي 2015 و2040. يُتوقع خاصة أن تظهر منطقة الشرق الأوسط زيادة كبيرة في الطلب على الطاقة، وتصل إلى معدل 45%. يُعتبر الطاقة الشمسية خيارًا واعدًا للغاية بين البدائل المختلفة، يُرجى إلى حد كبير لقدرتها المُزعَمة على توليد نحو 4.3 × 1020 جول من الطاقة بساعة واحدة من تعرضها لأشعة الشمس. خلايا الطاقة الشمسية المحسِّسة بالأصباغ (DSSCs)، التي تُمثِّل تكنولوجيا الخلايا الضوئية الثالثة، تظهر كبديل قابل للتحقيق وفعّال من حيث التكلفة لتكنولوجيا الخلايا الضوئية التقليدية. ونظرًا لكون الأصباغ الاصطناعية سامة وتتطلب طُرقَ اصطناعية مُعقَّدة وتكاليف عالية وتُطَرَحُ تحديات بيئية، فإن اكتشاف مادة جديدة غير سامة ومستقرة وتحسِّنُ إلكترونياً يتطلب استثمارًا كبيرًا من الوقت، حيث تظهر الأصباغ الطبيعية كبديل واعد للغاية. في هذه الرسالة، تم تخليق المحسِّس الطبيعي من أوراق الغار وأوراق الزيتون بزمنين جفاف مختلفين. تمت دراسة الخصائص البصرية للأصباغ الطبيعية المستخرجة والفيلم المغلف بالصبغة TiO2 باستخدام الطيف الفوق بنفسجي–مرئي (UV–Vis) والطيف الفوريه-تحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR). تم استخدام التردد الدوري لدراسة الخصائص الكهروكيميائية للصبغة الطبيعية المستخرجة. تم توصيف الهيكل البلوري ودرجة التبلور قبل وبعد امتصاص الصبغة باستخدام تفريق الأشعة السينية (XRD). تم فحص التركيب والتركيب العنصري للفيلم TiO2 قبل وبعد امتصاص الصبغة باستخدام المجهر الإلكتروني بالمسح-الأشعة السينية الانتشارية الطاقة (SEM-EDX). تم تحليل الخصائص الإلكترونية والرابطة الكيميائية لفيلم TiO2 قبل وبعد امتصاص الصبغة باستخدام طيف الفوتونات الإلكترونية السينية (XPS). تم دراسة الخصائص الفوتوكهروكيميائية لأجهزة NDSSC باستخدام طيف تحليل الانتشار الكهروكيميائي (EIS). تم فحص الأداء الفوتوفولطي لأجهزة NDSSC باستخدام محاكي الطاقة الشمسية I-V. علاوة على ذلك، تم استكشاف تأثير طبقتي TCO (FTO و ITO) المختلفتين على أداء أجهزة NDSSC القائمة على أوراق الغار وأوراق الزيتون. تشير النتائج إلى أن الخلية الشمسية الحساسة الطبيعية المصنوعة باستخدام استخراجات BL وOL تعتمد على الطبقة الناقلة الموصلة، حيث ثبت أن التكوين FTO/TiO2/dye هو الأمثل. يُرجع ذلك إلى الاستقرار المتزايد الذي.

English Abstract

The rise in global energy demand in 2022 was primarily driven by emerging economies, experiencing a 6.63 Exajoules (EJ) increase compared to the previous year, reaching a record-high total consumption of 604.04 EJ. Worldwide energy demand is projected to increase by 28% between 2015 and 2040. Notably, the Middle East region is expected to exhibit a significant rise in energy demand, reaching a rate of 45%. Solar energy is considered a highly promising option among various alternatives, mainly credited to its claimed capability to generate approximately 4.3×1020 joules of energy with one hour of sunlight exposure. Dye-sensitized solar cells (DSSCs), representing a third photovoltaic (PV) technology, appear to be a viable and cost-effective alternative to traditional PV technology. Due to synthetic dyes being toxic, involving complex synthetic routes, high costs, and posing environmental challenges, discovering a new, non-toxic, stable, and opto-electronically enhanced material necessitates a significant investment of time, with natural dyes emerging as a highly promising alternative. In this thesis, the natural sensitizer from bay leaves and olive leaves were synthesized with two different drying times. The optical properties of the extracted natural dye and the dye-coated TiO2 film were studied by Ultraviolet–visible (UV–Vis) and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. Cyclic voltammetry (CV) was utilized to study the electrochemical characteristics of the extracted natural dye. The crystalline structure and crystallinity degree before and after dye adsorption were studied by X-ray diffraction (XRD). The morphology and elemental composition of TiO2 film pre and post dye adsorption were examined by scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray (SEM-EDX). The electronic and chemical bonding characteristics of the TiO2 film before and after dye adsorption were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The photo-electrochemical properties of NDSSC devices were studied using electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The photovoltaic performance of NDSSC devices was examined by I-V solar simulator. Furthermore, the effect of two different TCO (FTO and ITO) substrates on bay leaf and olive leaf-based NDSSC performance was investigated. The findings indicate that the fabricated NDSSC using BL and OL extracts depends on the conductive substrate, with the FTO/TiO2/dye configuration proving to be the most optimal. This is attributed to the increased stability exhibited by the FTO configuration after thermal treatment (annealing at 500°C), resulting in a reduction of charge transfer resistance and consequently enhancing charge collection efficiency. Overall, parametric and performance indicators show that BL and OL dyes are promising candidates for NDSSC applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Harrabi, Khalil
Committee Members:	Mekki, Abdelkarim and Yamani, Zain and Gasmi, Khaled
Depositing User:	RYAN NUR IMAN (g202112650)
Date Deposited:	22 Jan 2024 10:27
Last Modified:	22 Jan 2024 10:27
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142796