الفهرس 
Chapter 1: Introduction and literature reviewOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 136 |  |  |
| | | from | 136 | | |
Abstract
تُعَد الطاقة الشمسية مصدرًا جذابًا للطاقة المتجددة مقارنةً بالوقود الأحفوري الملوّث والنفاذ النهائي. إن إمكانية الطاقة الشمسية الهائلة تكمن في نظافتها وعدم تكليفتها، حيث يُمكن لـ 0.1٪ من الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض تغطية استهلاك المجتمع البشري. ومع ذلك، يُعتبر توليد الكهرباء والوقود من الطاقة الشمسية مكلفًا بشكل أساسي بسبب المواد والاجهزة المستخدمة في تصنيع الخلايا. ولذلك، قام الباحثون بدراسة المواد والأساليب البديلة لتقليل التكلفة. من بينها، تُعتبر اشباه موصلات اكاسيد المعادن موادًا بديلة لاشباه الموصلات التقليدية المكلفة لتحويل الطاقة الشمسية نظرًا لتكلفتها المنخفضة ووفرتها وثباتها، وقد يمكن إنتاجها بسهولة. في هذه الرساله ، استكشفنا ودرسنا أنواعًا مختلفة من اشباه موصلات اكاسيد المعادن للاستخدامات في تحويل الطاقة الشمسية. يمكن تقسيم العمل البحثي إلى ثلاثة مشاريع. (1) تعزيز جمع الضوء وفصل الشحنات في واجهة الضوء (photoanode) لـ WO3 من خلال الارتباط مع Cu2O / CuO للخلية الفوتوكهروكيمائية. (2) تصميم جهاز فوتوكرومي مبني على الكونتر الكترود المغطى جزئيًا بـ TiO2 (3) خلية شمسية شفافة مبنية على تداخل بين TiO2/NiO في المشروع الأول، كان هدفنا تقديم الكترود فوتوكهروكيميائى مركب ITO/WO3/Cu2O/CuO لتحسين أداء الكترود WO3 لقد كان الكترود المعتمد على شبه الموصل WO3 جاذبًا بسبب نقاوته الإلكترونية الجيدة وطول تفشي الفجوة الطويل. ومع ذلك، فإن شبه الموصل لديه عيوب تشمل فجوة ذات عرض نسبيا واسع وضعف في فصل الشحنات ونقلها، وإعادة الالتام السريع للإلكترونات والثقوب عند واجهة الإلكتروليت. في الفصل 3، قدمنا الكترود فوتوكهروكيميائى فعال مع تركيبة تتكون من ITO/WO3/Cu2O/CuO، حيث يتم تحضيره أولاً عن طريق ترسيب طبقة من WO3 على سطح ITO، ثم عن طريق ترسيب طبقة إضافية من Cu2O بالطرق الكهروكيميائية، وأخيرًا عن طريق علاجه حرارياً في الهواء لتكوين طبقة خارجية من CuO . تم دراسة الالكترود المعتمد على ITO/WO3/Cu2O مع ترسيب كميات مختلفة من Cu2O أولاً للحصول على سمك مناسب من Cu2O ذي النشاط الحفاز المثلى ثم تكون Cu2O/CuO بالعلاج حرارياً . تظهر الالكترود ينتج كثافة تيار قدرها 4.7 ملي أمبير في السنتيمتر المربع، والتي هي بالمقارنة حوالي 1.4 و 5.5 مرة قيم القياس لـ ITO/WO3/Cu2O و ITO/WO3 على التوالي. يعزى هذا التحسين إلى 1) امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء من الطيف الشمسي، 2) التسريع في فصل الشحنات عند تداخل WO3 وCu2O/CuO، 3) النشاط الكهروكيميائي الأفضل لـ CuxO المتكون مقارنة بـ Cu2O النقي، 4) تكوين طبقة حماية من CuO. يمكن أن يؤدي هذا البحث إلى وسيلة واعدة لصنع واجهات ضوئية ذات أداء عالي وتكلفة منخفضة لاستخلاص الطاقة الشمسية. في المشروع الثاني، يُعتبر دمج الخلية الشمسية المحسِّنة بالأصباغ (DSSC) وجهاز التغيير الكهروكرومي (ECD) مثاليًا لدمج هاتين الأجهزتين في جهاز واحد يسمى جهاز فوتوكهروكرومي بسبب التشابه في بنية كل من ECD وDSSC المبنية على TiO2 . يتكون جهاز فوتوكهروكرومي من طبقة عمل، وإلكتروليت محلول يحتوي على زوج إلكتروكيمي من البروميد/البرومات، وكونتر الكترود. في الفصل 4، تم تطوير جهاز فوتوكهروكرومي بناءً على مقدمة كونتر الكترود (counter electrode) مع طبقة رقيقة جزئيًا من (PProDOT-Me2) على نانو ورقة MoS2 لاستبدال كونتر الكترود ذو التكلفة العالية بـ Pt وتحقيق جهاز فوتوكهروكيمي عالي الأداء. يتكون الجهاز من كونتر الكترود المقترح، وإلكتروليت يحتوي على زوج إلكتروكيمي البروميد/البرومات، وطبقة عمل مصنوعة من واجهة ضوء DSSC متكاملة مع PProDOT-Me2 . تم استخدام إلكتروليت البروميد/البرومات لاستبدال الإلكتروليت الشائع I-/I3-، لأنه يتمتع بنفاذية عالية حوالي 86٪ في المنطقة المرئية. يقوم جهاز التغيير الكهروكرومي بتغيير لونه بين الأزرق الداكن واللون الشفاف من خلال تبديل الإضاءة. تكشف القياسات أن جهاز التغيير الكهروكرومي يحقق تعديل النفاذية بنسبة 46٪ عند 580 نانومتر مع استقرارية في دورة التبديل تصل إلى أكثر من 500 دورة (انخفاض التباين بنسبة 4٪) وهو ما يعادل حوالي 5 مرات أكثر من الاستقرارية التي تعتمد على كونتر الكترود المبني على Pt أو MoS2 . الإضافة إلى ذلك، السرعة في التبديل بين الحالات الملونة والمبيّضة سريعة عند الإضاءة وإيقاف الإضاءة، حيث يستغرق اللون الزيتي الزمن 2.1 ثانية والتبييض 1.5 ثانية. تنتج هذه الخصائص من التصميم الفريد لكونتر الكترود ويمكن أن تكون مفيدة في تسريع عملية التغيير الكهروكرومي وتعزيز أداء التيار الذاتي لاستقرارية التبديل. تكشف هذه الدراسة عن نهج جديد لإعداد كونتر الكترود واعد لأجهزة فوتوكهروكرومي فعالة في الطاقة الشمسية المدمجة في المباني. في المشروع الثالث، يتم تقديم خلية شمسية شفافة مبنية على TiO2/NiO . تحقق الخلية الشمسية الشفافة المبنية على TiO2/NiO من انتقال ضوء متوسط عالي بنسبة 78٪ في النطاق المرئي. يمكن أن تمر الأشعة المرئية وتمتص الأشعة فوق البنفسجية، ثم تولد الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، قيم معامل الملء FF وكثافة التيار وفرق جهد الدائرة المفتوحة Voc للخلايا الشمسية الشفافة المبنية على تداخل TiO2/NiO هي 31٪ و 0.325 ميكرومتر و 0.175 فولت على التوالي. تؤكد هذه المعاملات الناتجة تشكل خلايا شمسية شفافة مبنية على تداخل TiO2/NiO يمكن أن تمثل هذه الدراسة طريقة مشجعة للحصول على أداء عالي للخلايا الشمسية الشفافة.