Skip to content

Novel materials and New design for Dye Sensitized Solar Cells Technology

This thesis work was devoted to the study of possible application of new materials for the development of Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) with improved solar conversion efficiency and stability. Particular attention was given to the use of novel nanostructured materials for the preparation of more stable non-liquid electrolytes and novel organic dyes. One of the major problems of DSSC is their low stability, due to the high volatility of the electrolyte and the toxicity of some components. Non-liquid electrolytes were prepared by adding to methoxipropyonitrile-based electrolyte 5wt% of inorganic or hybrid nanoparticles. Synthetic clays with different chemical composition (i.e. saponite and talcs) and TiO2 aiming to prepare stable electrolytes. Saponites are phyllosilicates with TOT structure; the nanoparticles size decreases from ca 200 nm up to 50nm. The nanoparticles size can be tuned by varying the amount of H2 O/Si ratio used for the preparation of the synthesis gel. In this work, saponite materials prepared by usind H2 O/Si ratio of 20, 50, 110, 150 were tested (ranging from 200 to 50 nm) were tested. The electrochemical measurements done on cells prepared by using non-liquid saponite-based electrolyte revealed a slight increase of efficiency for all cells. In addition, for all saponite-based devices (except for saponite prepared with H2O/Si ratio of 150 ratio) an increase of short circuit current (Jsc ) suggesting a light scattering phenomenon, due to saponite nanoparticles, allowing to increase the overall cell efficiency. Beside saponite, synthetic talcs (that are magnesium silicates with neutral layers) were used as additive for non-liquid electrolyte preparation. In particular the surface of tested talcs were functionalized, by one-pot synthesis, with organic pendent groups (CH2 CH2 CH2 N H2 or CH2 CH2 CH2 N HCH2 CH2 N H2 ) into the interlayer space. I-V curves of talc-based devices revealed that the addition of talc has positive effect on the overall cell efficiency especially thanks to a possible positive influence of talc on avoiding recombination of electrons. The best performance obtained was an improvement of the relative efficiency of ca +12.5% for the cells with talc. Moreover quasi-solid electrolytes were prepared by adding 20%wt of saponite (both inorganic or hybrid saponite prepared by introducing COOH and NH2 groups on the surface) to ionic-liquid based electrolytes. Obtained results showed that the DSSC performances strongly depend on the nanoparticle size. An increase on the relative efficiency of ca +15% was obtained by using greater saponite particles. Beside layered solids, gel electrolytes were also prepared by adding to ionic liquids T iO2 nanoparticles. Obtained results showed that the solar cells performance increase occurs only by using gel electrolyte prepared by adding 15wt% or 20wt% obtaining an increase of relative efficiency of ca +25.6% with respect to the ionic liquid electrolyte. These results suggested the occurring of a possible Grotthus-like mechanism which allows an increase in the redox couple diffusion. Two antisymmetric squaraine dyes with different lenght of carbon chain were tested. The obtained results indicated that the VG10C8 (squaraine with longer chain) allowed to increase the performances of DSSC devices. It was pointed out that an increase in the carbon chain length allowed to obtain increased relative efficiency of 37% with respect to the dye with the short chain. An emitting dye, based on diphenylaniline group, the so-called D5 dye, was tested in DSSC prepared with a ionic-liquid-based gel electrolyte prepared by adding saponite nanoparticles. The so-prepared DSSC showed good performances with respect to cells prepared by using Ruthenium dyes and ionic liquid electrolyte overcoming the N719 and the Z907. As conclusion, in order to solve the sealing problems, two new cell designs were tested. The first method, called electrolyte bath, consists in soaking the titania electrode into the electrolyte solution before the sealing process. In this way, using gel electrolyte it should be possible to obtain more stable junction and it should be possible to solve the physical problem due to the sealing. Even if worse perfomances were obtained, the Voc enhances of +11% with respect to the reference acetonitrile-based electrolyte. The second method consists in the use of coloured TiO2 nanoparticles. The coloured TiO2 nanoparticles were obtained by soaking the untreated titania nanoparticles into a N719 dye solution for one night; then the mixture was filtered, by using a Buchner funnel, obtaining a coloured powder with the dye absorbed on the T iO2 surface. The powder was injected into a ionic liquid electrolyte. The method was tested adding 5wt% or 10wt% of nanoparticles, coloured and untreated, demonstrating that the coloured particles into the electrolyte don’t affect the performance of the cells.

CONSULTA INTEGRALMENTE QUESTA TESI

La consultazione è esclusivamente in formato digitale .PDF

Acquista
Mostra/Nascondi contenuto.
Abstract: Novel Materials and new design for DSSC technology This thesis work was devoted to the study of possible application of new materi- als for the development of Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) with improved so- lar conversion eciency and stability. A DSSC is a photoelectrochemical device allowing electric power generation from sunlight. The DSSC working principles are illustrated in gure 1. Sunlight is absorbed by the dye which is absorbed on a TiO 2 -based electrode. Absorbed photon excites an electron from the HOMO to the LUMO of the dye. As a consequence, the excited electron is transferred into the titania electrode up to the external circuit. The dye is regenerated thanks to the presence of a redox couple (tipically I =I 3 ) contained into the electrolyte (normally in a liquid phase). Up to now, the best eciency of light Figure 1: Scheme of Dye Sensitized Solar Cell working principles conversion obtained by using DSSC technology is ca 12 % and is reached using Ruthenium complexes as sensitisers, liquid electrolyte (based on acetonitrile or methoxipropyonitrile solvents), TiO 2 nanoparticles for the electrode prepara- tion and Platinium-based counter electrode. In this thesis work, particular attention was given to the use of novel nanos- tructured materials for the preparation of innovative and more stable non-liquid electrolytes and novel organic dyes as light absorbers. The thesis work was de- veloped in the frame of the European project Innovasol concerning Innovative Materials for future generation excitonic solar cells that is devoted to the opti- mization of DSSC technology; thanks to the collaboration of six academic insti- tutions (Cambridge, EPFL, Unito, Unipmn, TUD, Universidade de Campinas) and two industrial partners (Centro ricerche Fiat and Solaronix). One of the major problems of DSSC is their low stability, due to the high volatility of the liquid electrolyte together with the toxicity of some components (solvent used in the electrolyte and dyes). In this work non-liquid electrolytes were prepared by adding to methoxipropyonitrile-based electrolyte 5wt% of inorganic or hybrid 4

CONSULTA INTEGRALMENTE QUESTA TESI

La consultazione è esclusivamente in formato digitale .PDF

Acquista
Il miglior software antiplagio

L'unico servizio antiplagio competitivo nel prezzo che garantisce l'aiuto della nostra redazione nel controllo dei risultati.
Analisi sicura e anonima al 100%!
Ottieni un Certificato Antiplagio dopo la valutazione.

Informazioni tesi

  Autore: Dario Cottafava
  Tipo: Tesi di Master
Master in Novel materials and New design for Dye Sensitized Solar Cells
Anno: 2011
Docente/Relatore: Chiara Bisio
Istituito da: Università degli Studi del Piemonte Orientale A.Avogadro
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 93

FAQ

Per consultare la tesi è necessario essere registrati e acquistare la consultazione integrale del file, al costo di 29,89€.
Il pagamento può essere effettuato tramite carta di credito/carta prepagata, PayPal, bonifico bancario.
Confermato il pagamento si potrà consultare i file esclusivamente in formato .PDF accedendo alla propria Home Personale. Si potrà quindi procedere a salvare o stampare il file.
Maggiori informazioni
Ingiustamente snobbata durante le ricerche bibliografiche, una tesi di laurea si rivela decisamente utile:
  • perché affronta un singolo argomento in modo sintetico e specifico come altri testi non fanno;
  • perché è un lavoro originale che si basa su una ricerca bibliografica accurata;
  • perché, a differenza di altri materiali che puoi reperire online, una tesi di laurea è stata verificata da un docente universitario e dalla commissione in sede d'esame. La nostra redazione inoltre controlla prima della pubblicazione la completezza dei materiali e, dal 2009, anche l'originalità della tesi attraverso il software antiplagio Compilatio.net.
  • L'utilizzo della consultazione integrale della tesi da parte dell'Utente che ne acquista il diritto è da considerarsi esclusivamente privato.
  • Nel caso in cui l’utente che consulta la tesi volesse citarne alcune parti, dovrà inserire correttamente la fonte, come si cita un qualsiasi altro testo di riferimento bibliografico.
  • L'Utente è l'unico ed esclusivo responsabile del materiale di cui acquista il diritto alla consultazione. Si impegna a non divulgare a mezzo stampa, editoria in genere, televisione, radio, Internet e/o qualsiasi altro mezzo divulgativo esistente o che venisse inventato, il contenuto della tesi che consulta o stralci della medesima. Verrà perseguito legalmente nel caso di riproduzione totale e/o parziale su qualsiasi mezzo e/o su qualsiasi supporto, nel caso di divulgazione nonché nel caso di ricavo economico derivante dallo sfruttamento del diritto acquisito.
L'obiettivo di Tesionline è quello di rendere accessibile a una platea il più possibile vasta il patrimonio di cultura e conoscenza contenuto nelle tesi.
Per raggiungerlo, è fondamentale superare la barriera rappresentata dalla lingua. Ecco perché cerchiamo persone disponibili ad effettuare la traduzione delle tesi pubblicate nel nostro sito.
Per tradurre questa tesi clicca qui »
Scopri come funziona »

DUBBI? Contattaci

Contatta la redazione a
[email protected]

Ci trovi su Skype (redazione_tesi)
dalle 9:00 alle 13:00

Oppure vieni a trovarci su

Parole chiave

physics
gel
nanoparticles
chemistry
device
dye
renewable
solar
dssc
cell
electrolyte
science of matter
solid state
organic
synthetic clays
ionic liquid

Tesi correlate


Non hai trovato quello che cercavi?


Abbiamo più di 45.000 Tesi di Laurea: cerca nel nostro database

Oppure consulta la sezione dedicata ad appunti universitari selezionati e pubblicati dalla nostra redazione

Ottimizza la tua ricerca:

  • individua con precisione le parole chiave specifiche della tua ricerca
  • elimina i termini non significativi (aggettivi, articoli, avverbi...)
  • se non hai risultati amplia la ricerca con termini via via più generici (ad esempio da "anziano oncologico" a "paziente oncologico")
  • utilizza la ricerca avanzata
  • utilizza gli operatori booleani (and, or, "")

Idee per la tesi?

Scopri le migliori tesi scelte da noi sugli argomenti recenti


Come si scrive una tesi di laurea?


A quale cattedra chiedere la tesi? Quale sarà il docente più disponibile? Quale l'argomento più interessante per me? ...e quale quello più interessante per il mondo del lavoro?

Scarica gratuitamente la nostra guida "Come si scrive una tesi di laurea" e iscriviti alla newsletter per ricevere consigli e materiale utile.


La tesi l'ho già scritta,
ora cosa ne faccio?


La tua tesi ti ha aiutato ad ottenere quel sudato titolo di studio, ma può darti molto di più: ti differenzia dai tuoi colleghi universitari, mostra i tuoi interessi ed è un lavoro di ricerca unico, che può essere utile anche ad altri.

Il nostro consiglio è di non sprecare tutto questo lavoro:

È ora di pubblicare la tesi