CC BY
1FOTOANOD QOPLAMA SIFATIDA ISHLATILADIGAN TITAN DIOKSIDI VA RUX OKSIDI SUSPENZIYASINI TAYYORLASH
1Sadayev S.U., 2Normurodova X.D., 3Ochilova D.X., 4Murtazayev Y.R., 5Shukurov D.X.
1,2,3,4,5Termiz davlat universiteti https://doi.org/10.5281/zenodo.11114998
Annatatsiya. Maqolada fotoanod qoplama sifatida ishlatiladigan titan dioksidi va rux oksidi suspenziyasini tayyorlash hamda ushbu suspenziyasining fotoaktiv xususiyatlari haqida ma'lumotlar keltirilgan.
Kalit so'zlar: fotoanod, yarimo'tkazgich material, quyosh elementi, bo'yoq, suspenziya, ZnO, TiÛ2, sensibilizatsiya.
Аннотация. В статье приведены сведения о приготовлении суспензии диоксида титана и оксида цинка, используемой в качестве фотоанодного покрытия, и фотоактивных свойствах этой суспензии.
Ключевые слова: фотоанод, полупроводниковый материал, солнечный элемент, краска, суспензия, ZnO, TiO2, сенсибилизация.
Abstract. The article provides information on the preparation of titanium dioxide and zinc oxide suspension used as a photoanode coating and photoactive properties of this suspension.
Key words: photoanode, semiconductor material, solar cell, paint, suspension, ZnO, TiO2, sensitization.
So'nggi yillarda bo'yoq bilan sezgir bo'lgan quyosh batareyalari (DSSCs) ko'plab tadqiqotchilarning etiborini tortib kelmoqda. Quyosh nurini elektr energiyasiga aylantirishning samaradorligi yuqori rangli, sodda tuzilishi, ekalogik tozaligi va iqtisodiy arzonligi kabi bir qator omillar bunga sabab bo'lmoqda. Nanostrukturali tabiiy bo'yoqlar bilan bo'yalgan sezgir quyosh batareyalari asosida ishlab chiqarilgan soddalashtirilgan quyosh elementlarining ishlash prinsipini takomillashtirish shuningdek, yarimo'tkazgichlarda mavjud bo'lgan fotoelektrik effektdan foydalanib, oson va arzon ravishda elektr energiyasini ishlab chiqarish va konversiya samaradorligini oshirish bo'yicha ilmiy tadqiqotlarning ahamiyati yuqori. Bo'yoq sezgirlashtirilgan quyosh elementlari uchun fotoanodning yarimo'tkazgich qatlami sifatida TiO2, ZnO, CdSe, CdS, WO3, Fe2O3, SnO2, Nb2O5 kabi yarimo'tkazgich moddalar ishlatiladi [1].
Titan dioksidi suspenziyasini tayyorlash uchun 9 gr titan dioksidi tarozida o'lchab olinib chinni kosachaga solindi. Ustiga 30 ml 70 % etil spirt bilan aralashtirilib oq pasta rangga kirguncha 30 daqiqa davomida jarayon amalga oshirildi. Olingan eritma ustiga bir ikki tomchi sirti faol modda sifatida gel qo'shildi. Sirti faol moddasini eritmaga qo'shishdan maqsad, sirti faol modda eritmaning suv o'tkazuvchanligini pasaytiradi va pastani shaffof maxsus shisha plastinka ustiga to'liq qoplanishiga hizmat qiladi [2].
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarida ishlatiladigan titan dioksid pastasini bir tomoni o'tkazuvchan maxsus shaffof shishaga 10 mikrometr qalinlikda qilib surkaladi. Titan dioksidi fotoanodning faol qatlami sifatida asosiy rol o'ynaydi va uning ishlash prinsipi kristall metall oksidli plyonkalardagi g'ovaklarning bo'yoq moddalarni shimuvchanligiga asoslangan. Bu uning yuqori kimyoviy barqarorligi, arzonligi, harorat va bosim ta'sirida katta sirt maydonga ega bo'lishi bilan bog'liqdir. Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh
elementlarda ishlatiladigan titan dioksidi mikrokristall metall oksidi plyonkalari tomonidan ko'rinadigan yorug'likka qadar organik bo'yoq molekulalarini adsorpsiya qiladi [3.
Makrostrukturali tabiiy bo'yoqlar bilan bo'yalgan sezgir quyosh elementlari asosida ishlab chiqarilgan soddalashtirilgan quyosh elementlarining ishlash prinsipini takomillashtirish, shuningdek, yarimo'tkazgichlarda mavjud bo'lgan fotoelektrik effektdan foydalanib, oson va arzon ravishda elektr energiyasini ishlab chiqarish va konversiya samaradorligini oshirish bo'yicha ilmiy izlanishlarning ahamiyati tobora ortib bormoqda.
Rux oksidi suspenziyasini tayyorlash. Biz rux oksidi suspenziyasini tayyorlash uchun rux oksidi va 96 foizli etil spirtidan foydalandik. Buning uchun toza rux oksidi kukunidan 5 gr olib ustiga 5 ml etil spirtidan solib pastaga o'xshash moddaga ega bo'lguncha yaxshilab aralashtirdik. Keyin, tayyor bo'lgan rux oksidi (ZnO) suspenziyasini bir tamoni shaffof shishaning o'tkazuvchan tamonini multimetr yordamida aniqlab olib ustiga chetlarini 1 sm dan qoldirib mikro qatlam qilib qopladik. Shundan so'ng, jarayonning qolgan qismi yuqoridagi titan diokidi fotoanodini tavsiflagan bosqichlarga o'xshab olib boriladi.
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarda olib borilayotgan ilmiy tadqiqot ishlari kun sayin sezilarli darajada rivojlanib bormoqda. Bu esa kremniy asosidagi quyosh elementlarining ishonchli kimyoviy alternativi hisoblanadi. Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarda o'tkazuvchan shaffof elektrod (TCO yoki ITO elektrod) titan dioksidi yarimo'tkazgich qatlam va nurni yutadigan bo'yoq bilan adsorbsiyalangan triyodid ioniga asoslangan elektrolit hamda qarshi elektroddan iborat.
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarning yuqori ko'rsatgichlarga erishish uchun katta titan dioksidli qatlam mikrostrukturasining sirt maydoniga bog'liqdir, chunki bu titan dioksidli qatlam yorug'likni samarali konversiyalash uchun zarur bo'lgan juda ko'p miqdordagi bo'yoq molekulalarini adsorpsiya qilish imkonini beradi. Fotoproduksiya qilingan elektronlarning elektrolit (triyodid ioni) bilan reaksiyasini oldini olish va yaxshi elektr o'tkazuvchanlikni ta'minlash uchun titan dioksidi mikrostrukturasidan quyidagilar talab qilinadi:
- TiO2 qatlamining katta sirt maydoni;
- TiO2 molekulalari o'rtasidagi o'zaro yaxshi bog'lanish;
- maxsus shaffof shishi plastinkaga yuqori darajada o'tirish.
Shuning uchun, yuqorida ko'rsatilgan talablarga muvofiq TiO2 qatlamining tashqi tuzilishini takomillashtirish yuqori samarali energiya konversiyasini amalga oshirish uchun zarur shartlaridan biridir.
Quyosh elementlarini olishda ishlatiladigan elektrolit eritmalar tarkibi va uni tayyorlash
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlari uchun noorganik va organik bo'yoq moddalar sintez qilish, yangi yarimo'tkazgich TiO2 yoki ZnO oksidlari bilan qoplangan mikroqatlam xosil qilish, bir tomoni o'tkazuvchan maxsus shaffof shisha tanlash, elektrolit sifatida yodning kaliy yodiddagi eritmalarini tayyorlash, hamda ko'rinadigan va infraqizil nurlarni elektr energiyaga aylantiradigan quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarning fotokimyoviy barqarorligini va umumiy energiya konversiyasi ya'ni, foydali ish koeffitsientini oshirish kabi yo'nalishlarda ham ilmiy tadqiqotlar olib bormoqdamiz.
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarning ishlash prinspi suniy fotosintezga o'xshatish mumkin, chunki bunda quyosh nuri (foton) yarimo'tkazgich mikroqatlam materialga shimilgan bo'yoq modda tomonidan yutilib elektronlarni harakatga keltiradi,
oksidlanish-qaytarilish potensiali hisoblangan elektrolit eritmalar tomonidan uzatilgan elektronlarning o'rni to'ldiriladi.
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlari bu keng yorug'lik sharoitida, bino ichida va tashqarida elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan texnologiya bo'lib, foydalanuvchiga keng doiradagi elektron qurilmalarni quvvatlantirish uchun suniy va tabiiy yorug'likni elektr energiyaga aylantirish imkonini beradi.
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarning asosiy ish siklini fotokimyoviy reaksiyalar bilan qisqacha quyidagicha tavsiflash mumkin: Bo'yoq modda nurni yutgandan keyin elektronlarni yarimo'tkazgich qoplama TiÜ2 ga beradi, elektronini yo'qotgan bo'yoq modda elektronlarni elektrolit eritma yodning kaliy yodiddagi eritmasidan oladi. Elektronlarini bo'yoq moddaga bergan yodning kaliy yodiddagi eritmasi ya'ni yod ioni esa elektronlarni katod orqali qayta tiklaydi. Bu yerda S-bo'yoq modda, hv-yorug'lik nuri, TiO2-yarimo'tkazgichli oksid qatlam.
fotoanod: S + hv ^ S* - bo'yoqning nurni yutishi; bo'yoq: S*^S+ + ye- (TiÜ2) - elektronlarning yo'qolishi; 2S+ + 3I- ^ 2S + I3- - yo'qotgan elektronni qayta tiklashi;
katod: I3- + 2e(G) ^ 3I- - elektrolitning yo'qotgan elektronini qayta tiklashi; I3- + 2e-(TiÜ2) ^ 3I- + TiÜ2 - elektrolitning yo'qotgan elektronini qayta tiklashi;
jarayonning bir butun holatdagi ko'rinishi: ye-(G) + hv ^ ye-(TiO2).
Quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlarda elektrolit eritmalar sifatida yodning kaliy yodiddagi eritmasi I-/ I3", va litiy yodid, natriy yodid, ammoniy yodid yoki imidazolium yodid eritmalari ishlatiladi.
Biz quyosh nurlariga sezgir bo'yoqlar asosidagi quyosh elementlar uchun elektrolit eritma materiali sifatida ishlatiladigan yodning kaliy yodiddagi eritmasini tayyorlash uchun 0,5 gr KI ni olib 10 ml asetonitrilga qo'shib elektrolit eritma hosil qildik, keyin ustiga 0,2 gr yodning maydalangan kukunidan qo'shib jigarrang eritma hosil bo'lguncha aralashtirdik, yod I- bo'yoq molekulalarini elektronlar bilan taminlash uchun xizmat qiladi va oksidlangan triyodid ioni esa I3-elektronlarni hisoblagich elektrodiga yetkazadi va I- ga qaytariladi. Suyuq holatdagi elektrolitlar energiya almashinuvining yuqori samaradorligini nomoyon qilish mumkin, chunki, oksidlanish-qaytarilish jarayonida bo'yoqning regeneratsiyasini osonlashtirish uchun muhitda tez harakat qiladi, ammo elektrodlar orasidagi aloqa ya'ni bog'lanish to'liq bo'lmaganidan oqish muammosi mavjud. Agar polimer eritmalar elektrolit materiallar sifatida ishlatilganda, oqish muammosi bo'lmaydi, ammo, oksidlanish-qaytarilish jarayonining harakati sekinlashadi, bu esa energiya konversiyasining samaradorligiga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin.
Xulosa o'rnida shuni aytish mumkinki, bo'yoq-sezgir quyosh elementlari uchun fotoanod qoplama sifatida tanlangan titan dioksidi va rux oksidi nanopastasi arzon naxlardaligi, keng foydalanish imkoniyati, ekalogik toza va biokomponentligi kabi bir qator ijobiy talablarga javob beradi.
Foydalanilgan adabiyotlar
1. Т. Н. Патрушева // Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей // Монография. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 25-с.
2. Hao S., Wu J., Huang Y., Lin J., // Natural dyes as photosensitizers for dye-sensitized solar cell // Journal Solar Energy 2006; 80: 209-14.
3. Turaev Kh.Kh., Shukurov D.Kh., Djalilov A.T., Karimov M.U. New review of dye sensitive solar cells // International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2021. № 69(9). Р. 265-271.
