تحقیق بررسی سلول های خورشیدی

موضوع پژوهش
سلول های خوشیدی
(در شیمی)

استاد :
—–
پژوهشگر :
—-
شماره دانشجویی : —-

——-

فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه 1
سلول خورشیدی چیست 2
فناوری ساخت سلول های خورشیدی 4
اصول و کاربرد سلول های خورشیدی 5
ضرورت صرفه جویی در مصرف نفت 7
انرژی خورشیدی در ایران 8
کمیت و کیفیت انرژی خورشیدی 9
فناروی استفاده از انرژی خورشیدی 9
سیستم های خورشیدی 10
سیستم های شیمی خورشیدی 11
سیستم های فتوولتائیک 12
سیستم های حرارتی خورشیدی(روش گرما خورشیدی) 12
سیستم های گرما خورشیدی THERMAL SOLARENROGY 13
تهیه آبگرم خورشیدی 13
سیستم های تولید قدرت و نیروگاه های خورشیدی 14
نیروگاه های خورشیدی و برج های نیرو 15
سلول های خورشیدی، مقدمه ای بر خواص اساسی نیمه رساناها 17
طیف خورشید و فوتون ها(Photons) 19
خواص اساسی نیمه رساناها 20
ساختار نواری 20
گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمه رساناها 21
انتقال حامل در نیمه رسانا 22
اثر فوتوولتایی 25
بازترکیب (Recombination) : 26
سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ 27
تاریخچه و معرفی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ 30
شیشه ی پوشیده شده با اکسید رسانای شفاف 32
فوتو الکترود تیتانیوم دی اکسید 33
رنگ های حساس به نور 37
الکترولیت اکسایش- کاهش 37
الکترود شمارشگر (کاتد) 38
عملکرد سلول های خورشیدی حساس شده با رن: 39
سلول های خورشیدی آلی 42
سلولهای خورشیدی بر پایه نیمه رساناهای آلی 42
نمونه هایی از سلولهای خورشیدی مبتنی بر مواد آلی 42
انواعی از سلولهای خورشیدی مبتنی بر مواد آلی شامل 42
مقایسه سلول های فتوولتاییک آلی و معدنی 44
اجزای سلول های خورشیدی آلی 45
پلیمرهای هادی 48
تئوری نوار (Band theory) 50
پلیمرهای گاف کوچک 51
طراحی پلیمرهای با گاف انرژی کوچک 51
رسانایی در مواد آلی π – مزدوج 52
مواد گیرنده (ACCEPTOR) 52
انواع معماری ها (اتصالات) در سلول های خورشدی آلی 54
سلول های فتوولتاییک آلی تک لایه 54
سلولهای فتوولتاییک آلی دولایه 54
سلولهای فتوولتاییک با اتصالات ناهمگن توده‏ای 55
انواع سلول های خورشیدی بر پایه لایه های با اتصالات ناهمگن 56
سلول های خورشیدی بر پایه پلیمر/ PCBM 56
سلول های خورشیدی برمبنای پلیمر/پلیمر 57
سلولهای خورشیدی بر پایه پلیمرهای دهنده- گیرنده (دو کابلی) 58
سلولهای خورشیدی هیبریدی 59
مشکلات و ویژگی های استفاده از انرژی خورشیدی 62
بحث و نتیجه گیر 66
منابع و مآخذ 68

مقدمه :
امروزه بشر در اثر پیشرفت های علمی در زمینه های گوناگون نیاز روزافزونی به انرژی پیدا کرده است. این امر او را بر آن داشته تا با روشهای گوناگون انرژی مورد نیاز خود را کسب کند. در عین حال اساسی ترین مشکلی که در تولید انرژی به روش های سنتی وجود دارد آلودگی های زیست محیطی و پایان یافتن منابع این انرژی هاست. بنابراین روی آوردن بشر به منابع انرژی جدیدی که هم تا حدی پایان ناپذیر باشند و هم اینکه باعث آلودگی هوا نشوند امری اجتناب ناپذیر است. یکی از انرژی هایی که طی سالها مورد توجه بشر قرار گرفته انرژی بی پایان خورشید است. خورشید منبع عظیم انرژی است و می توان گفت منشاء تمام انرژیهای دیگر است. در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود.
با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است، این کره نورانی را می توان به عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می باشد که از سطح آن انرژیی با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می شود.زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد. ولی با اینکه سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن می باشد، حتی سوختهای فسیلی ذخیره شده در زمین، انرژیهای باد، آبشار، امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین انرژی دریافتی زمین از خورشید می باشد.انرژی تابشی خورشید که در هر روز به زمین می رسد، برای برآورده کردن انرژی مورد نیاز یک سال کره زمین کافی است .
بعضی از مزایای سلول های فتوولتائیک در زیر آمده است:
– منبع انرژی خورشید وسیع، نامحدود و رایگان است.
– هزینه کار با آن پایین است.
– بخشهای متحرک ندارد
– قابلیت اطمینان بالایی دارند
– نصب سریع
– امنیت بالا
انرژی خورشیدی به طور مستقیم یا غیر مستقیم می تواند به دیگر اشکال انرژی همانند گرما و الکتریسیته تبدیل شود. برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته می توان از اثر فتوولتائیک با استفاده از سلول های خورشیدی بهره برد. ساختار پایه سلول خورشیدی به عبارتی یکپیوند p – nمتشکل از مواد نیمه هادی است که با جذب نور و جابجایی الکترون بین ترازهای انرژی، تولید انرژی الکتریکی می کند .
سلول خورشیدی چیست ؟
سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی حالت جامداست که انرژی نور خورشید را مستقیما توسط اثر فوتوولتاییکبه الکتریسیتهتبدیل می کند.
سلول خورشیدی ساخته شده از ویفر سیلیکون، کاربرد بسیاری دارند. سلول های تکی برای فراهم کردن توان لازم دستگاه های کوچک تر مانند ماشین حساب الکترونیکیبه کار می روند. آرایه های فوتوولتاییک الکتریسیتهٔ بازیافت شدنی ای را تولید می کنند که عمدتاً در موارد عدم وجود سیستم انتقال و توزیع الکتریکیکاربرد دارد.
برای مثال می توان به محل های دور از دسترس، ماهواره های مدارگرد، کاوشگرهای فضاییو ساختمان های مخابراتیدور از دسترس اشاره کرد. علاوه بر این استفاده از این نوع انرژی امروزه در محل هایی که شبکهٔ توزیع هم موجود است، مرسوم شده است.
امروزه انسان با پیشرفت هایی که در زمینه های مختلف کرده، نیازی روز افزون به انرژیپیدا کرده و این امر او را بر آن داشت تا با روش های گوناگون انرژی مورد نیاز خود را کسب کند.
یکی از این روش ها که طی ۲۰ سال اخیر، انسان از آن استفاده می کند، استفاده از باتری های خورشیدی است. خورشیددر هر ثانیه حدود ۱۰۰۰ژولانرژی به هر متر مربع از سطح زمینمنتقل می کند که با جمع آوری کردن آن می توان انرژی مورد نیاز برای کارهای مختلفی را تامین کرد.
انرژی که از طریق خورشید به زمین می رسد ۱۰۰۰۰ بار بیشتر از انرژی مورد نیاز انسان است.مصرف انرژی در سال ۲۰۵۰ یعنی سال ۱۴۲۹ خورشیدی (۴۰ سال دیگر) ۵۰ تا ۳۰۰ درصد بیشتر از مصرف امروزی آن خواهد بود. با اینحال اگر فقط ۰٫۱ درصد از سطح زمین با مبدل های انرژی خورشیدی پوشیده شوند و تنها ۱۰٪ بازده داشته باشند برای تامین انرژی مورد نیاز بشر کافی است.
در مرکز خورشید هر ثانیه ۷۰۰ تن هیدروژن به انرژی تبدیل می شود (به صورت فوتونیا نوترینو). دمای خورشید در مرکز آن ۱۵ میلیون و در سطح آن ۶ هزار درجه سانتیگراد است. انرژی تولید شده در سطح خورشید بعد از ۸ دقیقه به سطح زمین می رسد. نور خورشید که به زمین می رسد شامل طول موج های زیر است: ۴۷ درصد فرو سرخ، ۴۶درصد نور مرئی، ۷درصد فرابنفش. از این رو سلول های خورشیدی باید در ناحیه فرو سرخو نور مرئیجذب بالایی داشته باشند.
فناوری ساخت سلول های خورشیدی
در حال حاضر دو فناوری در ساخت سلول های خورشیدی غالب است: فناوری نسل اول و نسل دوم.
فناوری نسل اول بر پایه ویفرهای سیلیکونیبا ضخامت ۴۰۰-۳۰۰ میکرومتر است که ساختاری بلوری یا چند بلوری دارند که یا از بریدن شمش بدست می آیند یا از روش EFG و با کمک خاصیت مویینگیرشد داده می شوند.
فناوری نسل دوم یا تکنولوژی لایه نازک، براساس لایه نشانی نیمه هادی روی بسترهای شیشه ای، فلزی یا پلیمری، در ضخامت های ۵-۳ است.
هزینه مواد اولیه در تکنولوژی نسل دوم، پایین تر است و از آن گذشته، اندازه سلول تا ۱۰۰ برابر بزرگتر از اندازه سلول ساخته شده با تکنولوژی نسل اول است که مزیتی برای تولید انبوه آن محسوب می شود. در عوض بازدهی سلول های نسل اول، که اغلب سلول های بازار را تشکیل می دهند، به دلیل کیفیت بالاتر مواد، از بازدهی سلول های نسل دوم بیشتر است. انتظار می رود اختلاف بازدهی میان سلول های دو نسل با گذشت زمان کمتر شده و تکنولوژی نسل دوم جایگزین نسل اول شود.
در سال ۱۹۶۱، Shockley وQueisserبا در نظر گرفتن یک سلول خورشیدی پیوندی به شکل یک جسم سیاه با دمای ۳۰۰ کلوین نشان دادند که بیشترین بازدهی یک سلول خورشیدی صرف نظر از نوع تکنولوژی بکار رفته در آن، ۳۰٪ است که در انرژی شکاف eV1.4 یعنی انرژی شکاف گالیم آرسناید بدست می آید.
بنابراین بازدهی سلول های خورشید نسل اول و دوم حتی در بهترین حالت نمی تواند از حوالی ۳۰٪ بیشتر شود. این در حالی است که حد کارنو برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی ۹۵٪ است.
و این مقدار تقریباً سه برابر بیشتر از بازدهی نهایی سلول های نسل اول و دوم است. بنابراین دستیابی به سلول هایی با بازدهی هایی دو تا سه برابر بازدهی های کنونی، امکان پذیر است. سلول های خورشیدی که دارای چنین بازدهی هایی باشند، نسل سوم سلول های خورشیدی نامیده می شوند. سلول های متوالی، سلول های خورشیدی چاه کوانتومی، سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی، سلول های حامل داغ، نسل سوم سلول های خورشیدی را تشکیل می دهند.
اصول و کاربرد سلول های خورشیدی
خورشید عامل و منشا انرژی های گوناگونی است که در طبیعت موجود است از جمله: سوخت های فسیلی که در اعماق زمین ذخیره شده اند، انرژی آبشارها و باد، رشد گیاهان که بیشتر حیوانات و انسان برای بقای خود از آنها استفاده می کنند، موادآلی که قابل تبدیل به انرژی حرارتی و مکانیکی هستند، امواج دریاها، قدرت جزر ومدکه براساس جاذبه و حرکت زمین به دور خورشید و ماه حاصل می شود، اینها همه نمادهایی از انرژی خورشید هستند.
وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی به خصوص سوخت های نفتی و بکارگیری و مصرف بی رویه آنها، منابع عظیمی را که در قرون متمادی درلایه های زیرین زمین تشکیل شده است تخلیه می کند. با توجه به این که منابع انرژی زیرزمینی با سرعت فوق العاده ای مصرف می شوند و درآینده ای نه چندان دور چیزی از آنها باقی نخواهد ماند، نسل فعلی وظیفه دارد به آن دسته از منابع انرژی که دارای عمر و توان زیادی هستند روی آورده و دانش خود را برای بهره برداری از آنها گسترش دهد.
خورشید یکی از دو منبع مهم انرژی است که باید به آن روی آورد زیرا به فناوری های پیشرفته و پرهزینه نیاز نداشته و می تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان به کار گرفته شود. به علاوه استفاده از آن برخلاف انرژی هسته ای، خطر واثرات نامطلوبی ازخود باقی نمی گذارد و برای کشورهای که منابع انرژی زیر زمینی ندارند، مناسب ترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصاد می باشد.
ایران با وجود این که یکی از کشورهای نفت خیز جهان به شمار می رود و دارای منابع عظیم گاز طبیعی نیز است، خوشبختانه به علت شدت تابش خورشید در بیشتر مناطق کشور، اجرای طرح های خورشیدی الزامی و امکان استفاده از انرژی خورشید درشهرها و شصت هزار روستای پراکنده درسطح کشور، می تواند صرفه جویی مهمی درمصرف نفت وگاز را به همراه داشته باشد.
فناوری ساده، آلوده نشدن هوا و محیط زیست و از همه مهم تر ذخیره شدن سوخت های فسیلی برای آیندگان، یا تبدیل آنها به مواد و مصنوعات پرارزش با استفاده از تکنیک پتروشیمی از عمده دلایلی هستند که لزوم استفاده از انرژی خورشید را برای کشور آشکار می سازد.
درعصر حاضر، از انرژی خورشیدی توسط سیستم های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می شود که اهم آنها عبارتند از:
1- سیستم های فتوبیولوژیک: تغییراتی که درحیات و زیست گیاهان وجانداران به وسیله نور خورشید و فتوسنتز ایجاد می شود، فرآیند تجزیه کود حیوانات و استفاده از گاز آن.
2- سیستم های فتوشیمیایی: تغییرات شیمیایی دراثر نورخورشید، الکترولیزهای نوری، سلول های فتوولتائیک الکتروشیمی، تاسیسات تهیه هیدروژن.
3- سیستم های فتولتائیک: تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی، سلول های خورشیدی.
4- سیستم های حرارتی و برودتی: شامل سیستم های تهیه آبگرم، گرمایش و سرمایش ساخت ها، تهیه آب شیرین، سیستم های انتقال و پمپاژ، سیستم های تولید فضای سبز(گلخانه ها) و خشک کن ها و اجاق های خورشیدی، سیستم های سردسازی، برج های نیرو، خشک کن های خورشیدی، نیروگاه هایخورشیدی.
ضرورت صرفه جویی در مصرف نفت
در زمانی که دنیای غرب با اعمال بهینه سازی مصرف انرژی، مصرف خود را پایین آورده است، ایران درکمتراز دو دهه مصرف فرآورده های نفتی خود را درست است سه برابر کرده است. درست است که مصرف انرژی سبب بالا رفتن رفاه و استاندارد زندگی می شود. اما باید دقت شود که آیا می توان همواره این رشد مصرف را حفظ کرد؟ با عنایت به رشد مصرف انرژی و دو برابر شدن آن. با توجه به افت فشار چاه های نفت و مشکلات حفاری و استخراج و سرمایه گذاری، آیا می توان امیدوار بودکه بعد ازدو دهه می توانیم نیازهای خود را مرتفع کنیم و آیا تولید ما پاسخ گوی نیازهایمان خواهد بود؟ واگر هم باشد مازادی برای صدور نفت و به دست آوردن ارز خواهیم داشت؟
با استفاده از سیاست های بهینه سازی مصرف انرژی و بدون لطمه زدن به تولید و رفاه عمومی، حدود 20 درصد کاهش درمصرف به دست آید، منافع زیر عاید کشورمان خواهد شد:
1- درآمد ارزی ناشی از فروش نفت خام
2- کاهش آلودگی هوا که در شهرهای بزرگ مثل تهران به مرز خطرناکی رسیده است.
3- صرفه جویی در سرمایه گذاری درساخت نیروگاه ها، پالایشگاه ها و شبکه گازرسانی به میزان میلیارد ها دلار درسال.
4- طولانی شدن عمر ذخایر نفتی
5- ایجاد اشتغال در کشور.
انرژی خورشیدی در ایران
ایران در مجموع کشوری است بسیار آفتابی و از نظر مقدار و دریافت انرژی خورشیدی در شمار بهترین کشورها محسوب می شود و به صراحت می توان گفت که سطح کنونی علمی وصنعتی کشور برای ایجاد و گسترش تکنیک خورشیدی به حدکافی آمادگی دارد. بنابراین اگر طرح های خورشیدی معرفی شوند و علوم و فنون مربوط ترویج یابند، صنایع خورشیدی کشور، می تواند به عنوان یک صنعت خودکفا وارد عمل شود.
منابع عمده انرژی که درحال حاضر در ایران مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: نفت خام، گازطبیعی، زغال سنگ، پتانسیل آبی و انرژی های غیرتجاری.
لازم است مصرف انرژی بخش های مختلف در شهرها و روستاهای کشور از قبیل مصارف خانگی، تجاری وصنعت حمل ونقل موردتجزیه وتحلیل قرارگیرد و آمارهای دقیقی براساس بافت اجتماعی واقتصادی وسیاسی و هدف های جامعه و توسعه آینده کشور تهیه شود. امید است در برنامه ریزی های آتی کشور برای تامین انرژی های لازم، سهم انرژی خورشیدی نیز تعیین و براساس آن اعتبار لازم برای اجرای طرح های مفید خورشیدی تامین شود.

کمیت و کیفیت انرژی خورشیدی
مهم ترین تغییرات درشدت تابش خورشید و دمای هوای محیط ناشی از حرکت طبیعی زمین به دور خورشید و مورب بودن محور چرخش کره زمین است که حول این محور دارای حرکت وضعی است. تغییرات فصول و همچنین تغییرات تابش خورشید برروی سطح زمین و تغییرات در ساعات روشنایی و تاریکی همه ناشی از تغییرات روزانه زاویه میل هستند.
انرژی خورشیدی در مسیر خود به زمین به علت جذب های متعدد کاهش می یابد و علل کاهش را می توان به شرح زیر بیان داشت: اولین مرحله کاهش در اثر وجود اوزن درخارج جو زمین است که سبب جذب امواج تشعشعی ماوراء بنفش تا طول موج mµ29/0 می باشد.
برای جذب امواج تشعشی با طول موج های بلندتر، مواد جاذب دیگری مانند بخارآب و دی اکسیدکربن وجود دارد. بالاخره مجموع امواج تشعشعی جذب شده در هر مکان را، می توان به وسیله ضخامت اتمسفر هوا درمسیر اشعه و نیز ترکیبات اتمسفر محاسبه کرد.
فناروی استفاده از انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی را می توان با استفاده از یکی از روش های زیرین به دست آورد:
1- شیمی خورشیدی
2- برق خورشیدی
3- گرما خورشیدی
1- شیمی خورشیدی(Helio Chemical): در این روش با تابش خورشید بر سطح زمین و ایجاد عمل فتوسنتز درگیاهان وتبدیل CO2 بهO2 و تولید مواد غذایی در زمین، عامل بقا زندگی برای انسان و سایر جانداران می شود.
2- برق خورشیدی(Helio Electrical): اگر با استفاده از مبدل هایی خورشید به الکتریسته تبدیل شود و قدرت مورنیاز سفینه های فضایی و قمرهای مخابراتی و سایر دستگاه های الکتریکی در زمین تامین شود، این روش به مورد اجرا گذاشته می شود.
3- گرما خورشیدی(Helio- Thermal): روش گرما خورشیدی با استفاده از انواع کلتکتورها و تولید انرژی حرارتی، برای تامین آب گرم مصرفی- حرارتی مرکزی وتهویه مطبوع ساختمان ها ونیز برای تولید بخار و راه اندازی دستگاه های تولید قدرت و دیگر عملیات حرارتی، مورد استفاده قرار می گیرد. این روش نسبت به دو روش قبلی کاربرد وسیعی دارد.
سیستم های خورشیدی
سیستم های خورشیدی، سیستم هایی هستند که با استفاده از آنها تمام و یا قسمتی از انرژی لازم برای تامین احتیاجات جوامع بشری انرژی خورشید تامین می شود و اهم آنها عبارتند از:
– سیستم های فتوبیولوژی
– سیستم های شیمیایی
– سیستم های فتوولتائیک
– سیستم های حرارتی و برودتی
– سیستم های فتوبیولوژی
عملکرد فتوسنتز درگیاهان و قدیمی ترین وگسترده ترین روش استفاده از انرژی خورشید است، گیاهان تشعشع خورشید را جذب کرده و باکمک آن گاز کربنیک و آب را به موادقندی تبدیل می کنند ونیز اکسیژن را آزاد و نیتروژن و مواد فسفری را برای ادامه حیات و رشد خود لازم دارند، جذب می کنند. نتیجه این فرآیند، ذخیره سازی بیولوژیکی انرژی خورشید است. انرژی ذخیره شده درگیاهان و درختان که به علت بازدهی پایین آنها کمتر انجام می شود راندمان این فرآیند بین 25 درصد تا50 درصد است که نسبت به بازدهی اشکال دیگر استفاده از انرژی خورشید، به طور قابل توجهی کمتر است ولی با وجود این بازدهی بسیار کم، هزینه تولید انرژی از بعضی ازگیاهان با هزینه تولید سوخت های فسیلی قابل مقایسه است.
سیستم های شیمی خورشیدی
سیستم های شیمی خورشیدی به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
1- سیستم های فتوشیمیایی که درآنها از تشعشع خورشید درعملیات شیمیایی استفاده می شود.
2- سیستم های هلیوترمیک که درآنها از حرارت خورشید به عنوان یک منبع حرارتی بهره گیری شده و عملیات شیمیایی انجام می گیرد.
عملیات فتوسنتز درگیاهان و تشکیل سوخت های فسیلی در زیرزمین وذخیره سازی بیولوژیکی انرژی خورشیدی در مواد و بالاخره تهیه سوخت هایی از قبیل الکل و متان و هیدروژن، تابع یک سری فعل و انفعالات شیمیایی بوده و می توان آنها را بخشی از سیستم های شیمی خورشیدی به حساب آورد.

سیستم های فتوولتائیک
سیستمی را درآن انرژی خورشید بدون بهره گیری از مکانیزم های متحرک و شیمیایی، به انرژی الکتریکی تبدیل شود، اثر آن را فتوولتائیک می نامند، عاملی که دراین فرآیند به کار می رود سلول خورشیدی می نامند.
سلول های خورشیدی قادرند انرژی تشعشعی خورشیدی را بازدهی معادل 5 تا20 درصد مستقیماً به الکتریسته تبدیل کنند که این سیستم ها را برق خورشیدی می گویند. امروزه موثرترین و ارزانترین سلول های خورشیدی ماده ای به نام سیلیسیم است. ماسه یکی از منابع مهم سیلیسیم است و نوع دیگری از سلول های فتوولتائیک وجود دارد درآن به جای سیلیسیم از کادمیم استفاده می شود.
سیستم های حرارتی خورشیدی(روش گرما خورشیدی)
روش های گرما خورشیدی، با استفاده از انواع کلکتورهای و روش های غیرفعال، برای جذب و جمع آوری انرژی حرارتی خورشیدی، طراحی شده و برای منظورهایی از قبیل گرما کردن آب، هوا، تولید بخار و سردکردن و… به کاربرده می شده اند. سیستم های گرما خورشیدی را می توان به ترتیب زیر طبقه بندی کرد:
1- سیستم های آبگرم خورشیدی
2- سیستم های گرمایش و سرمایش ساختمان
3- سیستم های تهیه آب شیرین و آب مقطرگیری
4- سیستم های انتقال و پمپاژ
5- سیستم های تولید فضای سبز(گلخانه ها) .
6- سیستم های خشک کن و خوراک پز خورشیدی
7- سیستم های سردکننده خورشیدی
8- برج های نیرو و نیروگاه های خورشیدی که وسیله جمع آوری حرارت خورشیدی، کلکتورها(گرم آورها) هستند.
سیستم های گرما خورشیدی THERMAL SOLARENROGY
تهیه آبگرم خورشیدی
تولید آبگرم مصرفی ساختمان ها، از اقتصادی ترین روش های استفاده از انرژی خورشیدی است. بدون شک گرم کننده های ترموسیفونی بیشترین استفاده را در تهیه و طرح آب گرم کن های خورشیدی عهده دار هستند. ساده ترین سیستم آبگرم کن خورشیدی از یک گردآور تخت و یک مخزن ذخیره تشکیل شده که آب یا سیال عامل، به سبب اختلاف درجه حرارت به طور طبیعی و با استفاده از عمل ترموسیفون در آن گردش می کند. شرایط لازم در نصب این آبگرم کن آن است که قسمت فوقانی گردآور پایین تر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار گیرد و حداقل درجه انحراف گردآورد نسبت به سطح افق تحقق جریان ترموسیفون، در حدو 20 درجه رو به جنوب ضروری است. به منظور جلوگیری از تلفات حرارتی گردآورد لوله های هادی کاملاً عایق بندی می شوند. یک لوله عایق شده قسمت پایین مخزن را به هدر پایین گردآور متصل کرده و لوله دیگر نیز هدر بالایی را به قسمت فوقانی مخزن وصل می کند. آب سرد تغذیه کننده از قسمت پایین به مخزن ذخیره هدایت شده و آب گرم مصرفی نیز از بالاترین نقطه مخزن به طرف شیرهای مصرف لوله کشی می شود. به علت بسته بودن سیستم و جلوگیری از خطر انبساط حرارتی سیال، وجود یک مخزن انبساط و یا لوله انبساطی که به یک شیر اطمینان مجهز باشد در سیستم های آبگرم کن خورشیدی ضروری است.
سیستم های تولید قدرت و نیروگاه های خورشیدی
دستگاه هایی که با استفاده از انرژی خورشیدی قادر به تولید انرژی مکانیکی باشند به نام موتور خورشیدی و یا پمپ خورشیدی نامیده می شوند. ساده ترین و مهم ترین عملکرد یک موتور حرارتی خورشیدی، پمپ کردن آب بدون استفاده از سایر منابع انرژی شناخته شده است. از موتورهای خورشیدی علاوه بر پمپاژ آب در روستاها، در رشته مخابرات، رادیو تلویزیون و جهت ایجاد نیروی الکتریکی نیز می توان استفاده کرد. در این موتورها، همانند سایر موتورهای حرارتی دیگر، سیال عامل در اثر جذب حرارت از خورشید منبسط و تبخیر شده و در اثر دفع حرارت منقبض و یا متراکم می شود. از انبساط سیال استفاده شده و یک توربین و یا پمپ پیستونی یا سانتریفوژی به حرکت در می آید.
در صورتی که از انرژی مکانیکی ایجاد شده به صورت مستقیم استفاده نشده معمولاً آن را با استفاده از یک دینام یا ژنراتور، به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. واضح است در این حالت، برای ذخیره انرژی الکتریکی به باتری ذخیره نیز نیاز خواهد بود که هزینه آن را باید به هزینه سیستم تولید الکتریسیته که شامل یک سری گردآور متمرکز کننده و یک موتور خورشیدی می باشد، اضافه کنیم.
جهت تولید درجات حرارت خیلی بالا در موتورهای خورشیدی، احتیاج به سیستم متمرکز کننده و تعقیب کننده خورشیدی خواهیم داشت که بازدهی این سیستم ها خیلی بالاست ولی در مقابل، پیچیدگی مکانیزم سیستم و مشکل استفاده از آن با هزینه بالای آنها، از مشکلات این سیستم ها محسوب می شوند.
در مقایسه گردآورهای استوانه ای متمرکز کننده که نیروی لازم جهت راه اندازی موتورهای خورشیدی را دارا هستند، با بازدهی بسیار خوبی می توانند در موتورها و پمپ های خورشیدی، کاربرد مناسب داشته باشند.
موتورهای خورشیدی را به لحاظ سیال عامل، می توان به دو نوع: موتورهای خورشیدی و موتورهای هوای گرم تقسیم بندی کرد که هر یک دارای مزایا و معایبی هستند.
نیروگاه های خورشیدی و برج های نیرو
تاسیساتی که با استفاده از آن، انرژی حرارتی و تابش خورشیدی به الکتریسیته تبدیل شود نیروگاه خورشیدی نامیده می شود. معمولاً این سیستم ها از یک سری آیینه های قابل تنظیم (هلیواستات) و یا متمرکز کننده هایی با درجات حرارت بالا و یک دریافت کننده مرکزی، منابع ذخیره و مبدل های حرارتی و توربوژنراتور تشکیل شده اند.
مزایای برج های نیرو و نیروگاه های خورشیدی
1- تولید برق بدون مصرف سوخت
2- عدم احتیاج به آب زیاد
3- عدم آلودگی محیط زیست
4- نیرو رساندن با تولید نیرو به شبکه برق سراسری- امکان تامین شبکه های کوچک و ناحیه ای- منتفی کردن تاسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق .
5- استهلاک کم و عمر زیاد
6- عدم احتیاج به متخصص
7- احتیاج کم به لوازم یدکی
8- هزینه تامین نیروگاه های خورشیدی نسبت به نیروگاه های فسیلی و اتمی، در واحدهای بزرگ مثلا 1000 مگاوات تقریباً برابر بوده ولی در مورد برج های نیرو هزینه و زمان ساخت و بهره برداری در حدود برآورد شده است.

سلول های خورشیدی، مقدمه ای بر خواص اساسی نیمه رساناها
مواد از نظر خواص هدایت الکتریکی، به سه دسته رسانا، نیمه رسانا و نارسانا تقسیم بندی می شوند. در سلول های خورشیدی، ما نیاز به استفاده از مواد نیمه رسانا داریم. مواد نیمه رسانا موادی هستند که گاف انرژی آن ها کمتر از گاف انرژی مواد نارسانا است. بنابراین اگر بتوان انرژی مورد نیاز را برای الکترون ها تامین کرد، الکترون ها می توانند از سد انرژی ناشی از گاف عبور کرده و به تراز هدایت بروند. در مواد رسانا، عملاً این گاف انرژی وجود ندارد و الکترون ها به راحتی می توانند وارد تراز بالایی شده و در رسانش ماده همکاری کنند. اکنون سوال این است که چرا برای تولید جریان الکتریکی فقط مواد نیمه رسانا قابل استفاده هستند؟
رشد مصرف جهانی انرژی در قرن اخیر و همراه با آن افزایش انتشار گازهای گلخانه ای، با آلودگی بیش از پیش محیط زیست و خسارات جبران ناپذیر برای منابع حیاتی همراه بوده است. به منظور کاهش اتکا جهانی به منابع طبیعی پایان پذیر و سوخت های مخرب محیط زیست، تلاش های علمی فراوانی برای کاهش هزینه های تولید انرژی از منابع تجدید پذیر صورت گرفته است. از جمله، تلاش برای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از نور خورشید، که با استفاده از خاصیت ذاتی نیمه رساناها انجام شده است. نخستین سلول های خورشیدی بر پایه نیمه رساناها، که بازده آن ها به بیش از %10 می رسید در سال های 1960-1950 ساخته شدند. هم اکنون %90-85 قطعات فوتوولتایی خورشیدی در سراسر جهان بر پایه قرص های نازک بلوری سیلیکون ساخته می شوند. امروزه استفاده از نیمه رساناها تحول عظیمی در صنایع اپتیکی و الکترونیکی بوجود آورده است. بررسی خواص اساسی نیمه رساناها مانند ساختار نواری و نیز توضیح پدیده هایی مانند اثر فوتوولتایی از اهداف این مقاله است.
امروزه رشد اقتصادی کشورها وابسته به تامین منابع انرژی است. در بیشتر کشورها این منابع شامل زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و همچنین انرژی هسته ای می باشد. با این وجود، استفاده از این منابع با چالش های مختلفی رو به رو است، از جمله پایان پذیر بودن منابع سوخت های فسیلی. بین سال های 2004 تا 2030میلادی، مصرف جهانی انرژی، سالانه با رشدی بیش از ٪50 تخمین زده می شود. افزایشی به همین نسبت در انتشار CO2 (یک گاز گلخانه ای شاخص) حاصل از سوخت های فسیلی احتراقی، پیش بینی می شود. به منظور کم کردن اتکا جهانی به منابع طبیعی پایان پذیر و سوخت های مخرب محیط زیست، تلاش های علمی فراوانی برای کاهش هزینه های تولید انرژی از منابع تجدید پذیر، از قبیل: انرژی خورشیدی، آب، باد و غیره، صورت گرفته است. از آنجا که مجموعه بزرگی از پدیده های حالت جامد، شامل تبدیل انرژی از شکلی به شکل دیگر هستند، مطالعه تبدیل انرژی در مواد، با استفاده از قطعات حالت جامد، زمینه ای گسترده برای پیشرفت تکنولوژی انرژی های تجدید پذیر، خواهد بود .1 بسیاری از نیمه رساناها می توانند الکتریسیته را از نور خورشید تولید کنند. سلول های فوتوولتایی، که اغلب سلول های خورشیدی نامیده می شوند، از جمله قطعات حالت جامد هستند که بر اساس تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته، کار می کنند. از مزایای این روش تبدیل انرژی این است که، مواد غیر دوستدار محیط زیست تولید نمی کند و منبع نامحدودی از انرژی در اختیار ما قرار می دهد. متداول ترین و بهترین سلول های خورشیدی توسعه یافته، از سیلیکون ساخته می شوند. از آنجا که سیلیکون %27.7 پوسته زمین را تشکیل می دهد، به نظر می رسد سلول های خورشیدی سیلیکونی به طور بالقوه ارزان باشند، اما تبدیل سیلیکون به سلول خورشیدی، فرآیندی پرهزینه است که به الکتریسیته قابل توجهی نیاز دارد .2

طیف خورشید و فوتون ها(Photons)
سوال این است که نور خورشید چگونه توصیف می شود؟ مشاهده رنگ های طیف نشان می دهد که نور خورشید می تواند به رنگ های مختلفی تقسیم شود. همچنین، استفاده از خطوط موازی بسیار نزدیک، به عنوان توری پراش، نشان می دهد که رنگ ها می توانند با فاصله خطوط مرتبط باشند. بدین معنی که طول موجی مربوط به هر رنگ وجود دارد. از این رو نور یک موج الکترومغناطیسی است و می توان یک طول موج به آن نسبت داد. از سوی دیگر، با مشاهده پدیده هایی چون اثر فوتوالکتریک انشتین توضیح داد که نور به صورت بسته های کوچک انرژی حرکت می کند، که مانند ذره رفتار می کنند و فوتون نامیده می شوند. در شکل(1) طیف خورشیدی نشان داده شده است .
در یک سلول خورشیدی، نیروی الکتریکی در نتیجه جذب فوتون، تولید جفت های الکترون- حفره (Electron-hole) و عبور آن ها از یک ولتاژ، بوجود می آید. نیمه رساناها به طور ذاتی، یک انرژی جذب آستانه دارند که با آن ولتاژی که الکترون در نیمه رسانا می بیند، تعیین می شود. انرژی های فوتونی و جذب آستانه با واحد الکترون ولت داده می شود. برای مثال در شکل(1) انرژی آستانه جذب برای سیلیکون 1.1eV است که مساوی با 1.1 میکرون می باشد. فوتون هایی با انرژی کمتر از 1.1eV جذب نمی شوند و انرژی خورشید با طول موج بزرگ تر از 1.1 میکرون تلف می شود.

شکل1- طیف خورشید در 1.5AM، ناحیه خاکستری انرژی فوتونی قابل استفاده برای سلول خورشیدی سیلیکونی است .
خواص اساسی نیمه رساناها
برای وارد شدن به بحث سلول های خورشیدی، درک برخی مفاهیم و خواص اساسی نیمه رساناها از اهمیت برخوردار است.
ساختار نواری
الکترون های یک اتم منزوی، ترازهای انرژی مجزایی دارند. هنگامی که اتم ها، برای تشکیل بلور، به هم نزدیک می گردند، بایستی ترازهای انرژی از هم شکافته باشند، اما به دلیل برهم کنش اتمی، ترازها بسیار نزدیک به هم قرار می گیرند، که منجر به یک نوار پیوسته انرژی می شود[5]. دو نوار متمایز انرژی در نیمه رساناها وجود دارد. در دمای صفر کلوین، نوار پایین تر، که نوار ظرفیت نامیده می شود، پر از الکترون است(در دماهای متناهی این نوار می تواند با جابه جایی حالت های تهی، رسانایی را موجب شود). بار الکتریکی در یک جامد مانند یک سیال است و حالت های تهی مانند حباب در سیال رفتار می کنند، از این رو حفره نامیده می شوند. در نیمه رساناها نوار بالایی، تقریباً خالی از الکترون است و در بردارنده حالت های الکترونی برانگیخته است(الکترون ها از پیوند کووالانسی جایگزیده، به حالت های گسترده در بدنه بلور می روند) .چنین الکترون هایی، با به کارگیری یک میدان الکتریکی شتاب می گیرند و در شار جریان شرکت می کنند، بدین جهت این نوار، نوار رسانش نامیده می شود. اختلاف انرژی دو نوار، گاف نواری نامیده می شود که ناحیه ممنوع انرژی است،
گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمه رساناها
می توان نمودار نوار انرژی الکترون در مقابل اندازه حرکت را رسم کرد. مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، نسبت به هم، به دو صورت واقع می شوند. در حالت اول مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، مطابق شکل 1الف، در اندازه حرکت یکسانی قرار می گیرند و وقتی الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش جهش می کند، تغییری در اندازه حرکت آن به وجود نمی آید. گالیم آرسنید و اکسید روی مثال هایی از این مورد هستند. چنین موادی نیمه رسانای مستقیم نامیده می شوند. در مقابل ممکن است، مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، مطابق شکل 1ب در اندازه حرکت یکسان قرار نگیرند. بنابراین برانگیختگی یک الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، نه تنها نیاز به صرف انرژی زیادی دارد، بلکه، تغییری در اندازه حرکت آن به وجود خواهد آورد. با چنین موقعیتی در سیلیکون رو به رو هستیم. این مواد را نیمه رساناهای غیر مستقیم می نامیم .

شکل2- نمودار نوار انرژی الکترون بر حسب اندازه حرکت برای نیمه رسانای a)مستقیم و bغیرمستقیم )
در نیمه رساناهای مستقیم، یک فوتون با انرژیEg=hν، می تواند یک الکترون را از نوار ظرفیت به نوار رسانش برانگیخته کند(عبور مستقیم). اما در نیمه رساناهای غیرمستقیم، این نوع عبور، امکان پذیر نمی باشد. به دلیل آن که فوتون ها اندازه حرکت بسیار کوچکی دارند، در حالی که الکترون باید دستخوش تغییر بزرگی در اندازه حرکت شود. در این موارد، عبور الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، می تواند با اتلاف یک فونون شبکه (انرژی گرمایی) رخ دهد، در این صورت اندازه حرکت مورد نیاز، تامین می شود(عبور غیرمستقیم؛ به دلیل برهم کنش بین اتم ها، یک جامد مدهای ارتعاشی دارد. کوانتوم انرژی ارتعاشی، فونون نامیده می شود، در برهم کنش فونون- الکترون انرژی و اندازه حرکت پایسته می مانند). البته عبورهای مستقیم نیز امکان پذیر هستند، اما یک انرژی فوتونی مینیمم برای برانگیخته کردن الکترون مورد نیاز است که بزرگتر از گاف انرژی باشد.
انتقال حامل در نیمه رسانا
تحرک (Mobility):در یک نیمه رسانا، الکترون ها، بوسیله انرژی گرمایی، به صورت تصادفی در همه جهات، حرکت می کنند. پس از طی مسافت کوتاهی، الکترون ها به یک اتم شبکه یا یک اتم ناخالصی و یا یک مرکز پراکندگی دیگر برخورد می کنند. این فرآیند پراکندگی موجب می شود الکترون مقداری از انرژی خود را از دست بدهد. متوسط زمان بین برخوردها، زمان آزاد میانگین، τc، نامیده می شود. هنگامی که میدان الکتریکی کوچکی، E، بر نیمه رسانا اعمال شود، نیروی qE-، به الکترون ها وارد می شود و به آنها شتابی در خلاف جهت میدان می دهد(q واحد بار الکتریکی است). مولفه حرکت تولید شده بوسیله میدان الکتریکی، سرعت سوق، νn، نامیده می شود. تغییر اندازه حرکت الکترون در یک زمان آزاد میانگین، با رابطه زیر داده می شود .

μnتحرک الکترون نامیده می شود و هم ارز با آن μp، تحرک حفره است. هنگامیکه میدان الکتریکی به یک نیمه رسانا اعمال می شود، الکترون ها و حفره ها، برای کاهش انرژی پتانسیل، جریان پیدا می کنند. هنگامی که نیمه رسانای نوع n با مساحت سطح مقطع A در میدان الکتریکی واقع شود و جریان الکترون، Inباشد، چگالی جریان الکترونی با رابطه زیر داده می شود.

به همین ترتیب چگالی جریان حفره، Jp، تعریف می شود. چگالی جریان نهایی، ناشی از میدان الکتریکی، که از جمع چگالی جریان الکترون ها و حفره ها حاصل می شود، جریان سوق (Drift current ) نام دارد:

σرسانایی نامیده می شود. باید توجه داشت که اگرچه الکترون ها و حفره ها در خلاف جهت یکدیگر حرکت می کنند، اما با توجه به اینکه علامت آنها نیز مخالف هم است جهت جریان ناشی از آنها یکسان است. هنگامی که یک تغییر فضایی در تراکم الکترون ها در نیمه رسانا بوجود می آید، الکترون ها از ناحیه با تراکم بالا به سمت تراکم کمتر جریان پیدا می کنند. این جریان، جریان پخش (Diffusion Current ) نام دارد. با فرض یک بعدی بودن، الکترون ها از راست به چپ جریان پیدا می کنند و آهنگ چگالی جریان الکترونی بر مساحت واحد به صورت زیر داده می شود.

Dnضریب پخش الکترونی است و با رابطه انشتین(Einstein) داده می شود( Dn=(kT/q)μn) و dn/dx گرادیان تراکم الکترون ها در یک بعد است. بنابراین چگالی جریان پخش الکترون از رابطه زیر بدست می آید.

جریان پخش حفره ها( (Jp=qDn(dn/dx) نیز، به همین صورت تعریف می شود.

اثر فوتوولتایی:
پدیده تبدیل پرتو نوری به انرژی الکتریکی، اثر فوتوولتایی، PV، نامیده می شود. دو قطعه مهم که بر اساس اثر فوتوولتایی کار می کنند، سلول خورشیدی و آشکارساز نوری می باشند. هنگامی که یک فوتون با انرژی hν( ثابت پلانک h و فرکانس نور ν است) که بزرگتر یا مساوی با گاف نواریEgاست، با یک نیمه رسانا برخورد می کند، جذب نور و در نتیجه تولید یک جفت الکترون-حفره (EHP) می تواند رخ دهد(شکل3). به عبارت دیگر، به منظور تولید جفت ها در یک نیمه رسانای خاص، طول موج تابش برخوردی، باید کمتر از یک مقدار ویژه به نام طول موج قطع (Cutoff wavelength ) یا λc، برای آن ماده باشد. همچنین، توانایی مواد برای جذب نور، به پارامتر دیگری به نام ضریب جذب ( Absorption coefficient) یا α وابسته است. αواحد عکس طول دارد، به طوری که 1-α طول جذب موثر، نامیده می شود و اندازه ای از ضخامت ماده است که در آن فوتون برخوردی بوسیله نیمه رسانا جذب می شود. در واقع کسری از تابش برخوردی که در فاصله x از سطح جذب می شوند، با [1+(exp(-αx-] داده می شود. اگر α بزرگتر شود، مقدار بیشتری از تابش برخوردی در فاصله x جذب می شود. برای نیمه رساناهای با گاف نواری غیرمستقیم، مقدارα ، در یک انرژی فوتونی خاص(معمولاً برای مواد با Egبزرگتر)، کمتر از نیمه رساناهایی با گاف نواری مستقیم است. این نشان می دهد، در یک انرژی فوتونی داده شده، برای جذب نور لایه نازک تری از نیمه رسانای مستقیم، مانندZnO، نسبت به نیمه رسانای غیرمستقیم، مانند Si لازم است .

شکل3- جذب اپتیکی در نیمه رسانا
بازترکیب (Recombination) :
هنگامی که نیمه رسانا در معرض منبع نور قرار می گیرد با تولید جفت الکترون-حفره، خاصیت رسانایی آن افزایش می یابد. این پدیده اثر فوتورسانایی (Photoconductive Effect ) نامیده می شود. حامل های بار اضافی تولید شده در نیمه رسانا، پس از خاموش شدن منبع نور، نابود می شوند. این فرآیند بازترکیب نامیده می شود. در جامدات حجیم، پدیده بازترکیب به صورت بازترکیب مستقیم، غیرمستقیم (از طریق ترازهای انرژی جایگزیده در گاف انرژی ممنوع) و بازترکیب اوژه (Photoconductive Effect ) انجام می شود. بازترکیب مستقیم معمولاً در نیمه رسانای مستقیم غالب است.
در یک نیمه رسانای مستقیم، هنگامی که یک الکترون از نوار رسانش سقوط می کند تا یک جای خالی در نوار ظرفیت را پر کند، انرژی به صورت یک فوتون نوری باز پس داده می شود. در حالی که در مورد نیمه رسانای غیرمستقیم، این نوع عبور، علاوه بر تغییر در انرژی، شامل تغییری در اندازه حرکت می باشد و اختلاف انرژی، به جای یک فوتون نوری، معمولاً به صورت گرما به شبکه بلوری داده می شود. بنابراین قطعات گسیل نوری عموماً از نیمه رساناهای مستقیم ساخته می شوند [7]. همچنین، بازترکیب اوژه هنگامی رخ می دهد که یک الکترون انرژی اضافی خود را به الکترونی دیگر در نوار رسانش یا ظرفیت می دهد که منجر به برانگیخته شدن الکترون به سطح بالاتری از انرژی می شود. فرآیند اوژه هنگامی که تراکم حامل زیاد باشد، اهمیت پیدا می کند؛ بویژه در نیمه رساناهایی با گاف نواری کوچک .
سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ
سلول خورشیدی حساس شده با رنگ (Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)، گونه ای از سلول خورشیدی ارزان قیمت متعلق به دسته ی سلول های خورشیدی لایه نازک (Thin Film Solar Cells) است .

جدول 1- معرفی، مزایا و معایب نسل های گوناگون سلول های خورشیدی

امروزه، بیشترین سلول های خورشیدی تجاری از سیلیکون (بیش از 86%) ساخته شده اند، در حالی که استفاده از سیلیکون در دستگاه فوتوولتائیک ممکن است به دلیل قیمت بالای تولید محدود شود. به طور کلی، از ویژگی های سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ در مقایسه با سلول های خورشیدی معدنی می توان به هزینه ی پایین تولید، تنوع رنگ و شکل، انعطاف-پذیری و سبک وزنی اشاره کرد (شکل 7)این در حالی است که سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ نسبت به سلول های خورشیدی معدنی بازده پایین تری نشان می دهند که لازم است به طور قابل توجهی بهبود داده شود .
سلول خورشیدی حساس شده با رنگ از دسته سلول های لایه نازک به شمار می آید و تنها نمونه ای از فناوری نسل سوم سلول های خورشیدی است که تاکنون به مرحله ی تجاری سازی رسیده است.

شکل 7- ویژگی های سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ
تاریخچه و معرفی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ:
تاریخچه ی حساس سازی با رنگ به قرن نوزدهم یعنی زمان اختراع عکاسی برمی گردد.
کار ووگل H. W. Vogel در برلین بعد از سال 1873 را می توان به عنوان اولین مطالعه ی مهم حساس سازی مواد نیمه رسانا با رنگ بررسی کرد که در آن امولسیون های نقره هالید برای تولید فیلم های عکاسی سیاه و سفید توسط رنگ ها سنتز شدند. به هر حال، استفاده از اثر فوتوولتائیک در حساس سازی با رنگ، نسبتاً ناموفق باقی ماند تا زمانی که یک پیشرفت غیر قابل انتظار در اوایل دهه ی 1990 در دانشگاه صنعتی فدرال در لوزان سوییس توسط مایکل گرتزل و برایان اورگان به دست آمد.
پروفسور گرتزل (Greatzel) و همکارانش با ترکیب موفق الکترودهای نانو ساختار و رنگ های تزریق کننده ی بار (Charge Injecting Dye)، یک سلول خورشیدی با بازده تبدیل انرژی بیش از 7% را تهیه کردند. این سلول خورشیدی به عنوان "سلول خورشیدی نانو ساختار حساس شده با رنگ" یا "سلول گرتزل" نامگذاری شد. با توجه به هزینه ی پایین، عدم پیچیدگی ساختاری، بازده خوب و پایداری طولانی مدت سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ، پژوهش ها در این فناوری به سرعت در طول دو دهه ی اخیر پیشرفت کرده است .
ساختار سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ
اجزای تشکیل دهنده ی سلول خورشیدی حساس شده با رنگ شامل بخش های مهمی همچون شیشه ی پوشیده شده با اکسید رسانای شفاف، نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید (Titanium dioxide, TiO2)، رنگ های حساس به نور، الکترولیت اکسایش- کاهش، الکترود شمارشگر (کاتد) و مواد ضد نشت (شکل 3) می باشد که در زیر به طور خلاصه و مفید به نقش آن ها اشاره شده است.

شکل 8- اجزا و عملکرد کلی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ
شیشه ی پوشیده شده با اکسید رسانای شفاف:
شیشه¬ی پوشیده شده با اکسید رسانای شفاف (Transparent Conducting Oxide, TCO) به عنوان بستر برای فوتوالکترود تیتانیوم دی اکسید استفاده می شود. برای عملکرد بالای سلول خورشیدی، بستر باید مقاومت صفحه ای پایین و شفافیت بالا داشته باشد. به علاوه، مقاومت صفحه ای در دمای بالای 500 درجه باید مستقل از دما باشد؛ زیرا رسوب کردن الکترود تیتانیوم دی اکسید در دمای 500-450 درجه انجام می شود. ایندیوم- قلع اکسید (Indium-Tin Oxide, ITO) یکی از مشهورترین اکسیدهای رسانای شفاف است که دارای مقاومت پایینی در دمای اتاق می باشد. با این وجود مقاومت آن در دمای بالا در مجاورت هوا افزایش می یابد. معمولاً، قلع دی اکسید آلاییده شده (Dopped) با فلوئور (Fluorine-doped SnO2, F:SnO2, SnO2:F) به عنوان بستر رسانای شفاف در سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ کاربرد دارد.
فوتو الکترود تیتانیوم دی اکسید:
فوتو الکترودهایی که از موادی مانند سیلیکون، گالیم آرسنید، ایندیوم فسفید و کادمیم سولفید ساخته می شوند، تحت تابش نور در محلول بر اثر خوردگی نوری تجزیه می شوند. در مقایسه، اکسیدهای نیمه رسانا به ویژه تیتانیوم دی اکسید، تحت تابش مرئی در محلول پایداری شیمیایی خوبی دارند. به علاوه این مواد غیر سمی و ارزان هستند. فوتو الکترود لایه نازک تیتانیوم دی اکسید طی یک فرایند بسیار ساده تهیه می شود. در این فرایند به منظور افزایش بازده سلول، از نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید استفاده می شود. مساحت سطح به حجم بسیار بالا برای نانو ذرات، امکان جذب مقدار بیشتری از رنگ را روی سطح فراهم می سازد. محلول کلوییدی نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید (خمیر) روی بستر اکسید رسانای شفاف لایه نشانی شده و سپس در دمای 500-450 درجه ی سانتیگراد رسوب داده می شود که به این ترتیب، تیتانیوم دی اکسید تک لایه ای با ضخامت 10 میکرومتر به دست می آید. تخلخل این لایه نیز نکته ی مهمی است. این به آن دلیل است که الکترولیت باید به راحتی داخل این لایه نفوذ کرده و بتواند سرعت انتشار یون های یدید/ تری یدید (یون های موجود در الکترولیت) به داخل لایه را کنترل کند. به منظور ایجاد تخلخل مطلوب، ترکیب های پلیمری مانند پلی اتیلن گلیکول و اتیل سلولز به داخل محلول کلوییدی تیتانیوم دی اکسید در فرآیند رسوب گیری افزوده می شود .
رنگ های حساس به نور:
معمولاً در بیشتر بررسی ها روی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ، کمپلکس های روتنیوم پلی پیریدین (Ruthenium Polypyridine) به عنوان رنگ حساس به نور انتخاب می-شوند. دلیل این انتخاب شناخت گسترده ی ویژگی های فیزیک نوری و اکسایش- کاهش نوری این کمپلکس ها و هم چنین آسان بودن تغییر سطح مزدوج شدگی (Conjugation) لیگاندهای پلی پیریدین و معرفی گروه های مناسب در اطراف لیگاند به منظور بهبود خواص طیفی و اکسایش- کاهشی آن ها می باشد. کمپلکس های روتنیوم بر پایه ی کربوکسی بی پیریدین و کربوکسی ترپیریدین مانند N3 یا رنگدانه ی قرمز (سیس ـ دی ایزو تیوسیاناتوـ بیس(2،′2ـ بی-پیریدیل ـ4،′4ـ دی کربوکسیلیک اسید) روتنیوم (ІІ))، و N719 (سیس ـ دی ایزوتیوسیاناتوـ بیس(2،′2ـ بی پیریدیل ـ4،′4ـ دی کربوکسیلاتو) روتنیوم (ІІ) بیس(تترابوتیل آمونیوم))، N749 یا رنگدانه ی سیاه (تری ایزوتیوسیاناتوـ(2،′2:′6،″6ـ ترپیریدیل ـ4،′4،″4ـ تری کربوکسیلاتو) روتنیوم (ІІ) تریس(تترابوتیل آمونیوم)) و Z907 (سیس ـ دی ایزوتیوسیاناتوـ(2،′2ـ بی پیریدیل ـ4،′4ـ دی کربوکسیلیک اسید)ـ(2،′2ـ بی پیریدیل ـ4،′4ـ دی نونیل) روتنیوم (ІІ))، موثرترین حساس کننده های تیتانیوم دی اکسید هستند که به دلیل بازده تبدیل انرژی بالا در سراسر جهان به عنوان رنگ های شاهد در سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ استفاده می شوند. شکل 4 ساختار مولکولی و بازده بالای تبدیل انرژی را برای هر رنگ نشان می دهد .

شکل 9- ساختارهای مولکولی و بازده تبدیل انرژی مهم ترین رنگ های حساس به نور

رنگ های N719، N3 و Z907 می توانند دامنه ی گسترده ای از منطقه ی مرئی از 400 تا 800 نانومتر را جذب کنند؛ در حالی که رنگ N749 در ناحیه ی مادون قرمز نزدیک تا 900 نانومتر جذب دارد.
جذب در نواحی مادون قرمز نزدیک و مرئی در این رنگ ها، به انتقال بار از فلز به لیگاند در کمپلکس کمک می کند. بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده (Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) و پایین ترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده (Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO)، به طور عمده از اوربیتال های d فلز روتنیوم و اوربیتال *π لیگاند مشتق می شود.
لیگاند ایزوتیوسیانات سطح LUMO را کاهش داده و منجر به یک جابجایی قرمز (Red Shift) در خواص جذبی کمپلکس و هم چنین پذیرش آسان تر الکترون از یون های یدید موجود در الکترولیت می شود. در کمپلکس های روتنیوم، گروه های کربوکسیل برای اتصال محکم تر به سطح تیتانیوم دی اکسید وجود دارند. این اتصال محکم باعث برهم کنش الکترونی بزرگ بین لیگاند و نوار رسانایی تیتانیوم دی اکسید شده و به تزریق موثرتر الکترون از کمپلکس روتنیوم به تیتانیوم دی اکسید کمک می کند. کمپلکس روتنیوم روی سطح تیتانیوم دی اکسید از طریق کوئوردیناسیون دو دندانه ای کربوکسیلات یا پیوند استری لایه نشانی می شود .
علاوه بر رنگ های ذکر شده، رنگ های دیگری مانند پورفیرین، فتالوسیانین، پریلن و مشتق-های آن ها (شکل 10) نیز در ساختار سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ استفاده می شود که بازده آن ها در مقایسه با رنگ های پلی پیریدینی پایین تر است .

شکل 10- تعدادی از رنگ های استفاده شده در ساختار سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ

الکترولیت اکسایش- کاهش:
الکترولیت استفاده شده در سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ شامل یون های اکسایش- کاهش یدید/ تری یدید (-I-/I3) می باشد که الکترون ها را بین فوتو الکترود تیتانیوم دی اکسید و الکترود شمارشگر جابجا می کند. مخلوط هایی از نمک های یدید (لیتیم یدید، سدیم یدید، پتاسیم یدید، تترا آلکیل آمونیوم یدید و مشتق های ایمیدازولیوم یدید با غلظت 0.1 تا 0.5 مولار) و ید (غلظت 0.05 تا 0.1مولار) در یک حلال غیر پروتونی (مانند استو نیتریل، پروپیو نیتریل، متوکسی استو نیتریل، پروپیلن کربنات یا مخلوط هایی از آنها) حل می شوند.
عملکرد سلول خورشیدی حساس شده با رنگ به کاتیون های مخالف یدید مانند لیتیم، سدیم، پتاسیم و تترا آلکیل آمونیوم وابسته است؛ به این دلیل که قابلیت رسانایی یون مخالف در الکترولیت یا در فرایند جذب سطحی روی سطح تیتانیوم دی اکسید، منجر به جابجایی سطح نوار رسانایی الکترود تیتانیوم دی اکسید می شود. گرانروی حلال ها به طور مستقیم روی رسانایی یون در الکترولیت و در نتیجه عملکرد سلول اثر می گذارد
. برای بهبود عملکرد سلول باید از حلال هایی با گرانروی کم استفاده کرد. ترکیب های بازی مانند ترشیری بوتیل پیریدین نیز به محلول الکترولیت اضافه می شود تا عملکرد سلول را بهبود دهد. برمید/ برم و هیدروکینون نیز به عنوان الکترولیت اکسایش- کاهش برای سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ استفاده شده اند، اما الکترولیت اکسایش- کاهش ید عملکرد بهتری ارائه می دهد.
الکترود شمارشگر (کاتد) :
یون های تری یدید در الکترود شمارشگر به یدید کاهش پیدا می کنند. برای کاهش یون های تری یدید، الکترود شمارشگر باید فعالیت الکتروکاتالیزوری بالایی داشته باشد. پلاتین پوشش داده شده روی سطح اکسید رسانای شفاف (ضخامت 10-5 میکروگرم بر سانتی متر مربع یا تقریباً 200 نانومتر) یا کربن معمولاً به عنوان الکترود شمارشگر در این سلول ها استفاده می شود.
مواد ضد نشت:
یک ماده ی ضد نشت برای جلوگیری از نشت الکترولیت و تبخیر حلال مورد نیاز است. پایداری شیمیایی و فوتوشیمیایی ماده ی ضد نشت در مقایسه با جزء الکترولیت و حلال باید مورد توجه قرار گیرد. سورلین (کوپلیمر اتیلن و متاکریلیک اسید)سازگاری خوبی با این شرایط دارد .

عملکرد سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ:
به طور کلی با نگاه اجمالی در ساختار سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ، باید این سلول ها را مشابه با یک باتری قلیایی تجاری دانست که در آن یک آند و یک کاتد در دو طرف الکترولیت مایع قرار می گیرند. به این ترتیب که نور خورشید از طریق الکترود شفاف وارد لایه ی رنگ شده و الکترون های آن را برانگیخته می کند. سپس این الکترون ها به نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید نیمه رسانا با نوار ممنوعه حدود 5.3 الکترون ولت، منتقل خواهد شد. با جذب الکترون ها در این نوار ممنوعه، میدان الکتریکی و سپس جریان ایجاد می شود.
این جریان وارد مدار شده و به کاتد انتقال می یابد. کاتد هم چنین نقش یک کاتالیزور را دارد و الکترون ها را وارد محلول الکترولیت (یدید/ تری یدید)می کند تا از طریق واکنش شیمیایی در الکترولیت، الکترون ها دوباره وارد مولکول رنگ شوند. در سلول خورشیدی حساس شده با رنگ دو فرآیندی که در سلول های قدیمی سیلیکونی توسط سیلیکون انجام می شد تفکیک شده اند. در سلول های قدیمی، سیلیکون هم به عنوان منبع فوتو الکترون به کار می رود و هم میدان الکتریکی لازم برای جداسازی بارها و ایجاد جریان را تولید می کند؛ در حالی که در سلول خورشیدی حساس شده با رنگ، نیمه رسانا تنها برای انتقال بار به کار می رود و فوتو الکترون ها توسط یک ماده ی رنگی حساس به نور فراهم می شوند .
اما در نگاه دقیق تر در یک سلول خورشیدی حساس شده با رنگ، جهت بررسی مرحله به مرحله، فوتون های نور خورشید طی مراحل زیر به جریان الکتریکی تبدیل می شوند (شکل 11).
1- رنگ نشانده شده روی سطح تیتانیوم دی اکسید، شار فوتون گسیل شده را جذب می کند (معادله ی1).
2- به دلیل انتقال بار از فلز مرکزی به لیگاند، رنگ از حالت پایه (S) به حالت برانگیخته (*S) می رسد. الکترون های برانگیخته شده به نوار رسانایی الکترود تیتانیوم دی اکسید تزریق شده و منجر به اکسایش رنگ می شوند (معادله ی 2).
3- الکترون های تزریق شده در نوار رسانایی تیتانیوم دی اکسید بین نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید انتشار یافته و میدان الکتریکی و سپس جریان را ایجاد می کنند. جریان به اکسید رسانای شفاف انتقال داده می شود تا از طریق سیم کشی خارجی به الکترود شمارشگر و سپس محلول الکترولیت برسد.
4- یون تری یدید موجود در محلول الکترولیت، الکترون ها را از الکترود شمارشگر گرفته و به یون یدید کاهش پیدا می کند (معادلهی3)
5- رنگ اکسید شده (+S) در تماس با محلول الکترولیت، الکترون ها را از یون یدید پذیرش کرده و به حالت پایه (S) برمی گردد (معادله ی 5). یون یدید نیز پس از انتقال الکترون به حالت اکسید شده ی خود یعنی یون تری یدید تبدیل می شود (معادله ی 4).

شکل 11- نحوه ی عملکرد دقیق یک سلول خورشیدی حساس شده با رنگ

سلول های خورشیدی آلی
در منابع مختلف انواع گوناگونی از تقسیم بندی ها در زمینه سلولهای خورشیدی دیده میشود. سلولهای خورشیدی را از نظر فناوری ساخت می توان به سه دسته تقسیم کرد، که سلو لهای خورشیدی آلی یکی از این موارد است .دراین قسمت سلولهای خورشیدی برپایه مواد آلی که جز نسل سوم سلولهای خورشیدی هستند مورد بررسی قرار می گیرد.
سلولهای خورشیدی بر پایه نیمه رساناهای آلی
جدیدترین گروه سلولهای خورشیدی شامل ملکولهای کوچک، اجزاء پلیمری و هیبرید آلی /معدنی می باشند. با وجود مقدار کارایی کم بدست آمده (% 5.15 = ηe)( ηe: Energy Conversion Efficiency) و مشکلات پایداری ، این نوع از سلولهای خورشیدی مزیتهای متعددی از قبیل فراوری آسان، انعطاف پذیری، سبک وزنی و هزینه ساخت کم را دارا می باشند.
نمونه هایی از سلولهای خورشیدی مبتنی بر مواد آلی
انواعی از سلولهای خورشیدی مبتنی بر مواد آلی شامل:
– سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
– سلولهای خورشیدی پلیمری
– سلولهای خورشیدی مبتنی بر بلورهای های مایع (Liquid Crystals) می باشند .

شکل12- (الف)شمای سلول خورشیدی حساس شده با رنگ، (ب) ساختار ایده آل ابزار
خورشیدی پایه بلور مایع

مقایسه سلول های فتوولتاییک آلی و معدنی
فن آوری فتوولتاییک باید پایدار ،کارا و کم هزینه باشد. فتوولتاییک سیلیکون بلوری خیلی پایدار وطول عمر موثر تخمینی بالغ بر 25 سال و کارایی تبدیل انرژی 20% را دارد. با این حال فتوولتاییک پلیمری در این زمینه ارزش و قابلیت خود را در مقایسه با سلول‏های سیلیکونی به خوبی نشان داده و در جایی که فن‏آوری فتوولتاییک معدنی عملکرد موفقی به همراه نداشته است (مانند: هزینه، سازگاری با محیط زیست و تهیه‏ی سخت) به عنوان فن آوری مکمل مناسب برای سلول های خورشیدی سیلیکونی مورد استفاده قرار می‏گیرد. این در حالی است که سلول های فتوولتاییک آلی پایداری و بازده کمی را از خود نشان می‏دهند(جدول 2)
جدول2- مقایسه سلولهای فتوولتاییک آلی و معدنی

اجزای سلول های خورشیدی آلی
اجزاء معمول تشکیل دهنده سلول های خورشیدی آلی درشکل زیر آمده است (شکل13)
1) شیشه
2) ماده شفاف رسانا مثل (Indium-Tin Oxide, ITO)
3) پلیمر شفاف هادی مثل PEDOT:PSS
4) لایه فعال
5) لایه متصل کننده
6) فلز

شکل 13- اجزای سلول های خورشیدی آلی

پلیمرهای مزدوج زیادی به عنوان ماده فعال برای سلول های خورشیدی مورد امتحان قرار گرفتند.اما رایج ترین پلیمرهای مزدوج آلی عبارتند از :
پلی (3- هگزیل تیوفن) (P3HT) ، پلی‏( ۳-متوکسی- ۵- (2-اتیل‏هگزیل اکسی)-1و4-فنیلن وینیلن) (MEH-PPV) و پلی‏(2-متوکسی-۵-‏(3و7- دی متیل اکتیل اکسی)-1و4 فنیلن وینیلن) (MDMO-PPV) که دارای یک هسته پلی فنیلن وینیلن (PPV) مزدوج هستند.
(شکل14): PPV به تنهایی ماده نامحلولی است و افزایش گروه های آلکیل یا آلکوکسی روی حلقه فنیلن در MDMO-PPV وMEH-PPV این مواد را فرایند پذیر و محلول در بعضی از حلال های آلی از قبیل کلروفرم،کلروبنزن یا ۱و ۲-دی کلروبنزن می کند .

شکل 14- پلیمرهای مزدوج رایج به کار رفته در سلول های خورشیدی
مواد پلی تیوفنی دیگر که به طور وسیعی در سلول های خورشیدی آلی استفاده می شوند شامل PEDOT:PSS یا پلی ( ۳و ۴-اتیلن اکسی تیوفن) (پلی استیرن سولفونات)است. یک لایه نازک از PEDOT:PSS معمولا به عنوان مواد هادی حفره به طور مستقیم بالای الکترود( Indium Tin Oxide, ITO) به کار برده می شود .نمونه‏هایی از پلی تیوفن ها که در سلول های خورشیدی استفاده می شوند در شکل 15 نمایش داده شده است.

شکل15-مواد پلی تیوفنی به کار رفته در سلول های خورشیدی
پلیمرهای هادی
ایده استفاده از پلیمرها به جهت خواص رسانایی الکتریکی شان در سال ۱۹۷۷ با یافته هیگر( Hegger) ، مک دی آرمید (Mcdiarmid) و شیراکاوا (Shirakawa) با کشف اینکه پلی استیلن ترانس دوپه شده (Dopped (دوپانت ‏ها ی اکسیداسیونی پذیرنده الکترون یا دهنده الکترون هستند که به پلیمر افزوده شده و باعث رسانا شدن آنها می شوند) ، رسانایی فلزی از خود نشان می دهد پدیدار شد[5]. از آن موقع به بعد پلیمرهای رسانا به عنوان مواد جدیدی که خواص الکتریکی فلزات یا نیمه رساناها را با حفظ کردن خواص سودمند پلیمر نشان میدهند معرفی شدند(شکل16) .

شکل16- نمونه هایی از نیمه رساناهای آلی استفاده شده در سلولهای خورشیدی پلیمری

مطالعات اخیر مشخص کرد که بزرگی گاف انرژی و موقعیت لبه های نوار رسانش و والانس فاکتورهای مهمی در کنترل خواص رسانایی پلیمر دارد.

تئوری نوار (Band theory)
پلیمرهای رسانا از نظرمیزان رسانایی شان در دسته نیمه رساناها قرار میگیرند. بر طبق تئوری نوار، یک فلز دارای گاف انرژی صفر است چون نوار رسانش و ظرفیت با هم همپوشانی کرده و یک نوار تشکیل میدهند و حرکت حاملهای بار (الکترونها) به طور آزادانه در نوارهای جزئی پرشده منجر به رسانایی فلز می شود. از سوی دیگر انتقال الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش به خاطر گاف انرژی بالا، برای عایقها امکان پذیر نمی باشد.
در یک نیمه رسانا یک نوار ظرفیت پر شده و یک نوار رسانش خالی بوسیله گاف انرژی از هم جدا می شوند که در آنجا سطوح انرژی وجود ندارند. نوار رسانش نیمه رساناها به میزان کمی بوسیله الکترونهای تحریک شده از طریق گرمایی یا فتو شیمیایی در دمای محیط اشغال می شود و این برانگیختگی حاملهای بار، برای جریان بار الکتریکی در نیمه رساناها دردسترس خواهد بود(شکل17) .

شکل17- مقایسه گاف انرژی بین عایق ها ، نیمه رساناها و فلزات
پلیمرهای گاف کوچک
گاف انرژی پلیمر(Eg ) که تفاوت انرژی بین( LUMO=Lowest Unoccupied Molecular Orbital) و ( Highest Occupied Molecular Orbital HOMO ) است توسط عوامل متفاوتی کنترل می شود. پلیمرهای با گاف کوچک ، پلیمرهایی تعریف می شوند که جذب نور با طول موج بالای 600nm را داشته باشند.
پلیمرهای تجاری استفاده شده در فتوولتاییک آلی از قبیل MEH-PPV دارای جذبی است که تا طول موج 550nm قابل گسترش است و P3HT که به طور معمول استفاده می شود دارای جذبی است که تا 650nm گسترش می یابد. اگر از یک پلیمر با گاف انرژی پایین استفاده شود این عدم تطابق طیفی تقلیل می یابد که نشان از همپوشانی بهتر با طیف نشری خورشید دارد. به منظور بدست آوردن سلول خورشیدی با کارایی بالا یافتن مواد دهنده که محدوده جذب نوری و همپوشانی بهتر با نور خورشید دارند(دارای گاف انرژی پایین)ضروری می باشد. گاف انرژی می تواند عملا برای تعیین انرژی که می توان از سلول بدست آورد استفاده شود .
طراحی پلیمرهای با گاف انرژی کوچک
همانطورکه گفته شد فاکتورهای متعددی روی گاف انرژی پلیمرها موثر است برای مثال : طول مزدوج شدگی، تناوب طول پیوند، انتقال بار درون زنجیری، برهمکنش های بین مولکولی ، آروماتیسیته (Aromaticity) و استخلافها. یک ادغام از بخشهای غنی از الکترون (دهنده) و دارای کمبود الکترون (گیرنده) در زنجیر پلیمر، روش خیلی موفق جهت سنتز پلیمرهای با گاف انرژی پایین می باشد. این تناوب در زنجیر اصلی پلیمر منجر به انتقال بار درون ملکولی( ICT= Intra Molecular Charge Transport) از دهنده به گیرنده شده ونوار جذبی در انرژی کمتر را منجر می شود. منطق پشت مفهوم دهنده- گیرنده-دهنده این است که HOMO بالای دهنده و LUMO پایین گیرنده در پلیمر حاصل، ادغام می شوند و بنابراین در ساختار الکترونیکی پلیمر خصلت پیوند دوگانه افزایش و منجر به گسترش نوارهای رسانش و هدایت و القاء گاف انرژی پایین می شوند .
رسانایی در مواد آلی π -مزدوج
مکانیسم رسانایی در پلیمرهای مزدوج بر پایه وجود حاملهای بار مثبت یا منفی وحرکت این حاملهای بار در طول زنجیر اصلی زنجیر پلیمر است. حاملهای بار مثبت یا منفی از طریق فرایند اکسیداسیون یا کاهش در زنجیر اصلی پلیمرایجاد می شوند.
مواد گیرنده (ACCEPTOR)
گیرنده یا پذیرنده های الکترون(Acceptors) می توانند پلیمر یا مولکولی کوچک باشند (شکل17). موادگیرنده الکترون با الکترونخواهی بالا (Electron Affinity) و شامل C60ومشتقات محلول آن می باشند. فولرنها به دلیل الکترونخواهی بالا و توانایی انتقال کارای بار،گیرنده های پرکاربردی هستند و در واقع بهترین گیرنده های الکترونی که تاکنون شناخته شده اند می باشند.
مشتقات فولرن با حلالیت خوب برای این منظور استفاده می شوند و PCBM یک مشتق متانوفولرن با حلالیت بالاست ((۶و۶)- ( فنیل-C61- بوتریک اسید متیل استر). همچنین قابل ذکر است که افزایش گیرنده گی الکترون در فولرن، بهبودی بیشتری را در کارایی ابزار حاصل می کند.

شکل17- تعدادی از گیرنده های رایج (الف)گیرنده پلیمری (ب)گیرنده مولکولی کوچک[7]

انواع معماری ها (اتصالات) در سلول های خورشدی آلی
سلول های فتوولتاییک آلی تک لایه
سلول های فتوولتاییک تک لایه ساده ترین صورت را در بین سلول های فتوولتاییک مختلف دارند. این سلول ها با ساندویچ کردن یک لایه از مواد فتوالکترونیکی آلی بین دو رسانای فلزی که معمولا یک لایه از ایندیم قلع اکسید (ITO) با تابع کار بالا با یک لایه از فلزات با تابع کار پایین مانندCa،Mg،Al است ساخته میشوند (شکل8). تفاوت تابع کار بین دو رسانا، یک میدان الکتریکی را در لایه آلی راه اندازی میکند.
موقعی که یک لایه آلی، نور را جذب میکند الکترونها به اوربیتال LUMO برانگیخته شده، و تشکیل اکسایتون (Exciton) -( مترادف حفره-الکترون) می کنند. میدان الکتریکی مسئول جدایی پیوندهای الکتروستاتیک اکسایتونها بوده که منجربه کشیدن الکترون به سمت الکترود مثبت و حفره ها به سمت الکترود منفی میشودکه جریان و ولتاژ حاصل شده از این فرایند می تواند جهت انجام کار استفاده شود.
سلولهای فتوولتاییک آلی دولایه
این نوع از سلولهای خورشیدی فتوولتاییک شامل دو لایه متفاوت بین الکترودهای هادی می باشند (شکل8). این دو لایه از مواد دارای الکترونخواهی و انرژی یونیزاسیون متفاوت میباشند و بنابرین نیروی الکتروستاتیکی در سطح مشترک بین دو لایه ایجاد میشود و بنابراین این میدانهای الکتریکی محلی هر چه بزرگتر باشند امکان گسست اکسایتونها را نسبت به سلولهای فتوولتاییک تک لایه فراهم میکنند. لایه با الکترونخواهی و پتانسیل یونیزاسیون بالا به عنوان گیرنده الکترون و لایه دیگر دهنده الکترون میباشد.
این ساختار به اتصالات نامتقارن دهنده- گیرنده مسطح نیز معروف است. یک لایه پلیمری، به ضخامت حد اقل 100nm جهت جذب نور کافی نیازمند است ودر چنین ضخامت بزرگی فقط بخش کمی از اکسیتونها میتوانند به سطح مشترک دو لایه برسند[9]. برای رفع این مشکل نوع جدیدی از سلولهای فتوولتاییک با اتصالات نامتقارن طراحی شدند که به سلولهای فتوولتاییک با اتصالات نامتقارن پخش شده (توده) موسومند.
سلولهای فتوولتاییک با اتصالات ناهمگن توده‏ای
در این نوع سلولها، الکترون گیرنده و الکترون دهنده با هم مخلوط شده وتشکیل یک آلیاژ میدهند(شکل 18). اگر اندازه طول جدایی فاز مشابه طول نفوذ اکسایتون(100nm) باشد بیشترین مقدار اکسایتون های تولید شده امکان رسیدن به سطح مشترک را دارند که به این ترتیب اکسایتونها به طورکارایی گسست مییابند والکترونها به طرف ناحیه گیرنده الکترون حرکت کرده و سپس در الکترود مربوطه انباشته میشوند و حفره ها در مسیر مخالف کشیده شده و در الکترود مقابل جمع میشوند.
این نوع پیکربندی باعث افزایش مساحت بین سطحی فاز دهنده و گیرنده و در نتیجه منجر به بهبود کارایی سلول فتوولتاییک میشود .

شکل18- (الف)اجزاءتشکیل دهنده سلولهای خورشیدی (ب)دو لایه ای (ج)اتصالات ناهمگن توده ‏ای

انواع سلول های خورشیدی بر پایه لایه های با اتصالات ناهمگن
سلول های خورشیدی بر پایه پلیمر/ PCBM
یکی از روش های بدست آوردن جدایی کارای بار در جاذب نور پلیمری، مخلوط کردن آنها با گیرنده های مناسب است. یکی از امید بخش ترین وکاراترین ابزارها که بیشترین مطالعات تاکنون روی آن صورت گرفته برپایه روش اتصالات ناهمگن توده‏ای ، آمیزه‏های مواد کامپوزیت پلیمر/ فولرین است که در آن نیمه رساناهای پلیمری به عنوان دهنده و فولرن (مشتقات C60)به عنوان گیرنده می‏باشند و در آن ملکول‏های فولرن در یک پلیمر با یک حلال واسطه پخش می‏شود و به تبادل الکترون برای تولید الکتریسیته می پردازند.
سپس فیلم فعال نوری نازک بین دو الکترود با تابع کارهای نامساوی قرار می گیرد. همانطور که گفته شد اتصالات ناهمگن توده‏ای پلیمرمزدوج-PCBM در حال حاضر بهترین سلول PV بر پایه پلیمرمزدوج می باشد(شکل 19) .

شکل19- پلیمرمزدوج-PCBM
سلول های خورشیدی برمبنای پلیمر/پلیمر
سلول های خورشیدی با اتصالات ناهمگن توده‏ای، پلیمر/ پلیمر دارای بازده های به طور قابل ملاحظه کم هستند و کمتر مورد توجه قرار گرفته شده اند، اگرچه پتانسیل کاربری در سیستم های فتوولتاییک بزرگ مقیاس وارزان را دارند. اتصالات ناهمگن توده‏ای دو پلیمر مزدوج دارای مزیت های متعددی است.
در یک مخلوط پلیمر مزدوج هر دو جزء ضریب جذب نوری بالایی را نشان می دهند و بخشهای مکمل طیف خورشیدی را پوشش می دهند وبه طور نسبی تنظیم و سازگار کردن وبهینه سازی هر کدام از اجزاءآسان است (شکل 20)

شکل 20-ساختار پلیمرهای آلی به کار رفته در سلول های خورشیدی

سلولهای خورشیدی بر پایه پلیمرهای دهنده- گیرنده (دو کابلی)
اتصال شیمیایی بخش های گیرنده الکترون به طور مستقیم به زنجیره اصلی پلیمر دهنده از جدایی فاز جلوگیری می کند (شکل21).
الکترون هایی که بوسیله انتقالات تحریک شده ایجاد می شوند بوسیله جهیدن بین بخشهای گیرنده آویزان، انتقال یافته و به حفره باقیمانده در زنجیره پلیمر اجازه انتقال بار مثبت را می دهند.

شکل21- شماتیک پلیمرهای دوکابلی

کارایی چنین ابزارهایی کم است و این احتمالا بدلیل بازترکیبی سریع یا انتقال بار بین زنجیری غیر کارای آن باشد.
سلولهای خورشیدی هیبریدی
یک سلول خورشیدی هیبریدی شامل ادغام دو ماده نیمه رسانای آلی و معدنی است. در واقع ادغامی از خواص منحصر به فرد نیمه رساناهای معدنی با خواص فیلم ساختی پلیمرهای مزدوج می باشد که شامل مواد آلی یا پلیمرهای مزدوج که نور را جذب و به عنوان الکترون دهنده وانتقال دهنده حفره عمل میکنند و مواد معدنی که در این نوع سلولها به عنوان الکترون گیرنده و انتقال دهنده الکترون ها استفاده می شوند.
راهکار موثر برای ساخت سلولهای خورشیدی هیبریدی استفاده از مخلوط هایی از نانو ذره ها با پلیمرهای نیمه رسانا به صورت اتصالات ناهمگن توده‏ای است.
نحوه عملکرد سلول های خورشیدی پلیمری
فرایند تبدیل نور به الکتریسیته بوسیله سلول خورشیدی آلی به طور شماتیک به صورت مراحل زیر توصیف می شود:
1- جذب فتون(Photon)که منجر به یک حالت نور تحریکی می شود
2- تولید یک جفت حفره -الکترون (اکسایتون)
جدایی بار با نفوذ اکسایتون به ناحیه هایی که در آنجا تفکیک می شود انتقال بار از درون نیمه هادی به الکترودهای مربوطه (شکل22) .
به دلیل گاف انرژی بالا در موادآلی فقط بخش کوچکی از نور خورشیدی تابش شده جذب می شود. طول نفوذ اکسایتون باید از نظر بزرگی هم اندازه با طول جدایی فاز دهنده- گیرنده باشد. در غیر این صورت متلاشی شدن اکسایتونها از طریق مسیرهای تابشی یا غیر تابشی قبل از رسیدن به سطح مشترک اتفاق میافتد. طول نفوذ اکسایتونها در نیمه رساناهای آلی و پلیمرها معمولا حدود 10 تا 20 نانومتر است.
مخلوط کردن پلیمرهای مزدوج با الکترون گیرنده هایی مانند فولرن ها یک روش خیلی کارا جهت شکافت اکسیتون های نور تحریکی به حاملهای بار آزاد است. مطالعات نور فیزیکی نشان داده است که انتقال بار نور تحریکی در چنین مخلوطهایی خیلی سریعتر از فرایندهای آسایشی رقیب خواهد بود.

شکل22- مکانیسم کار، برای سلول خورشیدی پلیمری با اتصالات نامتقارن دهنده -گیرنده

شکل23- مکانیسم انتقال الکترن و حفره
مشکلات و ویژگی های استفاده از انرژی خورشیدی
دو مشکل اصلی در استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد. مشکل اول این است که این انرژی از راه های مختلف و متغیر به زمین می رسد. در این بین امکان تغییر مقادیر آن در مکان ها و زمان های مختلف وجود دارد. برای مثال در یک نقطه از زمین، در هنگام شب، تابش خورشید متوقف می گردد. در زمستان نیز میزان تابش کمتر از تابستان است. همچنین میزان انرژی خورشیدی دریافتی توسط ساکنین زمین، بسته به عرض و طول جغرافیایی و همچنین ارتفاع از سطح زمین در هر منطقه متفاوت است.
مشکل دوم این است که برای جمع آوری انرژی خورشیدی، نیاز به سطح زیادی داریم. در واقع، بر خلاف سایر ادوات الکترونیکی مانند مدارهای مجتمع (IC) که هر روزه اندازه ی آن ها کوچک تر می شود، سلول های خورشیدی ادواتی وابسته به سطح هستند و هر چه سطح بزرگتری داشته باشند، انرژی بیشتری نیز تولید می کنند
الکتریسیته می تواند به صورت مستقیم به وسیله ادوات فتوولتائیک از انرژی خورشیدی به دست آید. دلیل اینکه بر روی مستقیم بودن این تبدیل تاکید می کنیم، از این جهت است که انرژی الکتریکی را می توان با روش های غیر مستقیم نیز از خورشید به دست آورد. برای مثال، موتورهای بخاری وجود دارد که انرژی لازم برای گرم کردن یک مایع را توسط جمع کننده های نور خورشید دریافت می کنند و آن را در یک محل مشخص متمرکز می نمایند. به این ترتیب مایع به بخار تبدیل شده و در نهایت در ژنراتور بخار، انرژی الکتریکی تولید می شود. نمونه ای از این دست نیروگاه ها را در شکل 4 مشاهده می کنید.
در مقایسه با سایر روش های تولید انرژی الکتریکی، سیستم های فتوولتائیک الکتریسیته تمیز و در دسترس را بدون مصرف هر گونه سوخت فسیلی و بدون هر گونه حرکت مکانیکی تولید می کنند. نحوه ی عملکرد سلول های خورشیدی در مقالات بعدی به تفصیل توضیح داده خواهد شد. این فرآیند به صورت خلاصه اینگونه است که جذب انرژی موجود در نور خورشید توسط یک ماده نیمه هادی منجر به تولید الکترون شده و با خروج این الکترون ها از ماده، جریان الکتریکی شکل می گیرد.

نمونه ای از برخی نیروگاه ها ی خورشیدی که با متمرکز نمودن نور خورشید خورشید، گرمای لازم برای تولید بخار و به کار افتادن موتور و تولید الکتریسیته را تامین می کنند.

در پایان باید از این نظر نیز به سلول های خورشیدی نگاه کرد که اثرات مخرب محیط زیستی سلول های خورشیدی در مقایسه با سایر منابع انرژی مانند سوخت فسیلی و انرژی هسته ای (که حقیقتاً امروزه آلودگی های زیستی این دو محیط جزو بزرگترین دغدغه های طرفداران محیط زیست است) بسیار ناچیز است.
در این سیستم ها، نه نیاز به آب برای خنک کردن سیستم است و نه محصولات جانبی در حین فرآیند تولید می شود. از طرف دیگر، یکی دیگر از مشکلات و دغدغه های اساسی دنیای امروز، پایان یافتن منابع سوخت فسیلی به عنوان مهمترین منبع فعلی انرژی دنیا است. پیش بینی ها به طور متوسط چنین می گویند که طی 50 سال آینده منابع نفت و طی 110 سال آینده منابع گاز به پایان خواهند رسید.
از این رو، دسترسی به یک منبع پایان ناپذیر انرژی امری بسیار ضروری به نظر می رسد. انرژی خورشیدی، علاوه بر پایان ناپذیر بودن، منبعی است که انرژی بسیار عظیمی را در اختیار بشر می گذارد و همچنین در اکثر نقاط دنیا قابل دسترسی است و انرژی پاکی به شمار می رود.
امروزه، تنها مشکلی که از توسعه گسترده این انرژی جلوگیری کرده است، هزینه تمام شده نسبتاً بالای آن است که امکان رقابت آن با سایر انرژی ها مانند هسته ای و فسیلی را هنوز ممکن نکرده است. تلاش های دانشمندان در راستای افزایش بازده و کاهش قیمت این سلول ها در کنار ابداع روش های آسان برای ساخت و تهیه این سلول ها در ابعاد بزرگ است. پیش بینی ها بیان می کنند که طی 20 سال آینده، انرژی خورشیدی از نظر اقتصادی قابل رقابت با انرژی فسیلی خواهد شد. در واقع، علاوه بر کاهش هزینه های سلول خورشیدی، انرژی فسیلی نیز روندی صعودی در قیمت ها داشته است. همین امر سبب شده است که دولت ها، برنامه ریزی های استراتژیکی را برای دسترسی به این منبع انرژی انجام دهند و گروه های زیادی را برای دسترسی به این هدف مامور کرده اند.

بحث و نتیجه گیری:
انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع پاک و تجدیدپذیر می تواند به عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی معرفی شود. در این راستا، تعدادی از دانشمندان پژوهش های خود را به ساخت و بررسی سلول های خورشیدی اختصاص داده اند. سلول های خورشیدی در چهار نسل دسته بندی می شوند که سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ، بخشی از نسل سوم را تشکیل می دهند. هر چند بازده تبدیل انرژی در این سلول ها نسبت به سلول های خورشیدی معدنی پایین تر است، اما آن چه باعث توسعه ی این نسل از سلول ها شده، پایین بودن نسبت قیمت بر عملکرد آن هاست که تولید انرژی را به طور چشم گیری مقرون به صرفه کرده است. سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ در آغاز چرخه ی توسعه هستند و به تازگی مطالعه ی گسترده تر روی این نوع سلول ها و ارائه ی راه کارهای امیدبخش برای افزایش بازده آن ها آغاز شده است.
از بین انواع متفاوت سلول های خورشیدی ،سلول های خورشیدی آلی به دلیل مزایایی هم چون انعطاف پذیری ،ارزان بودن و…توجه زیادی را به خود جلب کرده اند.از مهم ترین اجزا سلول های خورشیدی آلی مواد دهنده و گیرنده آن است که از مهم ترین مواد دهنده می توان به پلیمرهای هادی چون(MEH-PPV) و از مواد گیرنده به مشتقات فولرن اشاره کرد.از بین روش های متفاوت اتصالات در سلول های خورشیدی روش اتصالات ناهمگن توده‏ای (Bulk Heterojunction) به دلیل افزایش سطح تماس گیرنده و دهنده و راحت تر شدن انتقال الکترون بهترین است. تلاش هایی که اخیرا انجام شده برای تهیه گیرنده های الکترونی است که تحرک الکترونی بالایی دارند وبتوانند به جای مشتقات فولرن که گران قیمت هستند،استفاده شوند.
بنابراین انرژی خورشیدی از جمله منابع تجدید پذیر انرژی است که در کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی موثر خواهد بود. شناخت نحوه عملکرد سلول های خورشیدی نیازمند درک اصول حاکم بر رفتار نیمه رساناها می باشد. دو نوار متمایز انرژی الکترونی(نوار رسانش و نوار ظرفیت) و تحرک الکترون ها بین آن ها، منشا بسیاری از خواص نیمه رساناها می باشد.
هنگامی که نیمه رسانا در معرض نور قرار می گیرد، حامل های بار اضافی در آن تولید می شود. بازده یک سلول وابسته به تولید و جدایی حامل‎های بار است. از این رو، شناخت عوامل موثر در تولید، تفکیک و نیز بازترکیب حامل ها حائز اهمیت است.

منابع و مآخذ :
1. Zhou, Y. Bulk-heterojunction Hybrid Solar Cells Based on Colloidal CdSe Quantum Dots and Conjugated Polymers, Freiburg ImBreisgau, Dr. Thesis, 2011.
2. Stella, M. Study of Organic Semiconductors for Device Applications, Barcelona, Dr. Thesis, 2009.
3. Krebs, F. C. Polymer Photovoltaics a Practical Approach (Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Bellingham, USA, 2007)
4. Janssen, R. A.; Hummelen, J. C.; Sariciftci, N. S. MRS Bulletin 2005, 30, 33.
5. Tarkuc, S. Tuning the Optoelectronic Properties of Conjugated Polymers via Donor-Acceptor-Donor Architectures, Natural and Applied Sciences of Middle east Technical University, Dr. Thesis, 2010.
6. Thomas, C. A. Donor-Acceptor Methods for Band Gap Reduction In Conjugated Polymers: The Role of Electron Rich Donor Heterocycles, University of Florida, Dr. Thesis, 2002.
7. Thomas Kietzke "Recent Advances in Organic Solar Cells" Review Article 2007
8. Brabec, C. J.; Sariciftci, N. S.; Hummelen, J. C. Adv. Funct. Mater.2001, 11, 15.
9. Hadziioannou, G.; Hutten P.F.V. Semiconducting Polymers (Wiley, New York, Department of Polymer Chemistry and Materials Science Centre University of Groningen, 1999 )
10. Liao, K. S.; Yambem, S. D.; Haldar, A.; Alley, N. J.; Curran, S. A. Energies 2010, 3, 1212.
11. Gunes, S.; Neugebauer, H.; Sariciftci, N. S. Chemical Reviews 2007, 107, 1324.
12. Thompson, B. C.; Frechet, J. M. J. Angew.Chem. Int. Ed. 2008, 47, 58.
13. Brabec,C.; Zerza, G.; Cerullo, G.; De Silvestri, S.; Luzatti, S.; Hummelen, J.C.; Sariciftci, S. Chem.Phys.Lett. 2001, 340, 232.
14. Cai, W.; Gong, X.; Cao, Y. Solar Energy Materials and Solar Cells 2010, 94, 114.
15. Mozer, A. J. Charge Transport and Recombination in Bulk Heterojunction Plastic Solar Cells, Linz, Dr. Thesis, 2004.
16. Kalita,G.; Wakita,K.; Umeno,M. "Investigation of Nanostructured Organic Solar Cells with Transmission Electron Microscopy" Microscopy: Science, Technology, Applications and Education 2010
17. Hochbaum, I.Allon, Yang, Peidong, "Semiconductor Nanowires for Energy Conversion" Chem. Rev. 2010, 110, 527-546, (2010).
18. Wang, Yanqi, "Arrays of ZnO Nanowire for Photovoltaic Devices", Dessertation Submitted for PhD Degree, City University of Hong Cong, (2009).
19. Mims III, Forrest M., "Solar Cell Projects", Radio Shack Engineer's Mini Notebook, First Printing, USA, (1999).
20. Fraas, Lewis, Partain, Larry, "Solar Cells and Their Applications", Second Edition, John Wiley & Sons, Inc., (2010).
21. Soga, T., (editor), "Nanostructured Materials for Solar Energy Conversion" (Fundamentals of Solar Cell), Elsevier, (2006).
22. Dasgupta, N., Dasgupta A., "Semiconductor Devices, Modelling and Technology", Prentic Hall of India, New Delhi, (2007).
23. Wurfel, Peter, "Physics of Solar Cell FromPrenciples to New Concepts", John Wiley & Sons, Inc., (2005).
24. Fonash, J. Stephen, "Solar Cell Device Physics", Second Edition, USA, Elsevier Inc., (2010).
25. Imahori, H., Umeyama, T., Ito, S. "Large π-Aromatic Molecules as Potential Sensitizers for Highly Efficient Dye-Sensitized Solar Cells", Accounts of Chemical Research, Vol. 42, pp. 1809-1818, (2009).
26..http://dc344.4shared.com/doc/ULh-YoeP/preview.html (ماهنامه¬ی بولتن بین-الملل، شماره 102، چاپ شهریور 1386)
27. http://comamiri2ab.persianblog.ir/post/4/
28.http://www.nnin.org/doc/iwsg2008/iwsg2008_organic_solar_cells_ski.pdf (Iyer, S.S.K. "An Introduction to Organic Solar Cells", International Winter School for Graduate Students 2008, (2008).
29. Gourdin, G., "Solar Cell Technology. Current State of the Art", (2007).
30. https://engineering.purdue.edu/~yep/Lectures/solarcell_technology.ppt (Cho, W. S., Wang, X., Moore, J. E., Adam, T. "Solar Cell Technology").
31. Halme, J. "Dye-sensitized Nanostructured and Organic Photovoltaic Cells: Technical Review and Preliminary Tests", Master's Thesis at Helsinki University of Technology, (2002).
32. Hara, K., Arakawa, H., Luque, A., Hegedus, S. "Handbook of Photovoltaic Science and Engineering (Chapter 15: Dye-sensitized Solar Cells)", (2003).
33. Kalyanasundaram, K., Grätzel, M. "Efficient Dye-Sensitized Solar Cells for Direct Conversion of Sunlight to Electricity", Material Matters, Vol. 4, No. 4, pp. 88-91, (2009).
34. http://www.solaronix.com/catalog/solaronix_catalog.pdf
35. Nelson, J. "The Physics of Solar Cells (Properties of Semiconductor Materials)", Imperial College Press, (2003).
36. Longo, C., De Paoli, M.A. "Dye-Sensitized Solar Cells: A Successful Combination of Materials", Journal of the Brazilian Chemical Society, Vol. 14, pp. 889-901, (2003).

1Hochbaum, I.Allon, Yang, Peidong, "Semiconductor Nanowires for Energy Conversion" Chem. Rev. 2010, 110, 527-546, (2010).
2 Mims III, Forrest M., "Solar Cell Projects", Radio Shack Engineer's Mini Notebook, First Printing, USA, (1999).
—————

————————————————————

—————

————————————————————

ب