การเตรียมขั้วอิเล็คโทรดของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดว่องไวแสง โดยใช้ซิงค์ออกไซด์ที่มีสัณฐานที่แตกต่างกัน

Abstract

สังเคราะห์ซิงค์ออกไซด์ที่มีลักษณะสัณฐานแตกต่างกัน 12 สัณฐาน ได้แก่ สัณฐานทรงสี่หน้าที่มีความยาวขาแตกต่างกัน 3 สัณฐาน ทรงกลมกลวง ดอกไม้ที่เกิดจากการรวมกันของแผ่นชีทที่เรียงซ้อนกัน ดอกไม้ที่เกิดจากการรวมกันของแท่งตันลวด แท่งตันท่อกลวงและแผ่นมีรูพรุน โดยสังเคราะห์จากการทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊สและเฟสของเหลว และนำซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้ไปประยุกต์ใช้เป็นขั้วอิเล็กโทรดในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง ลักษณะโครงสร้างผลึกของผงซิงค์ออกไซด์สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยวิธีการหักเหของรังสีเอกซเรย์ ซึ่งผลที่ได้บ่งบอกว่าซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้มีลักษณะโครงสร้างผลึกแบบเฮกซะโกนอล เวิร์ธไซต์ ลักษณะทางสัณฐานวิทยา สามารถวิเคราะห์ได้จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พื้นที่ผิวและลักษณะของรูพรุนถูกวิเคราะห์โดยเครื่องวัดพื้นที่ผิวด้วยวิธีการดูดซับคายซับของแก๊สไนโตรเจน ซึ่งผลที่ได้แสดงถึงซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้ มีลักษณะรูพรุนทั้งในระดับเมโซพอร์และไม่มีรูพรุน ค่าความกว้างแถบพลังงานสามารถวิเคราะห์ได้โดยอาศัยความสามารถในการสะท้อนของแสงด้วยเทคนิคยูวี-วิสิเบิล สเปคโทรสโคปี โดยแนวโน้มของความกว้างแถบพลังงานที่มากขึ้นจะเป็นผลมาจากขนาดของผลึกที่มีขนาดเล็กลง ความไม่สมบูรณ์ของผลึกสามารถวิเคราะห์ได้ โดยอาศัยความสามารถในการเปล่งแสงของสารตัวอย่างด้วยวิธีโฟโตลูมิเนสเซน โดยความไม่สมบูรณ์ของผลึกจะขึ้นอยู่กับปริมาณสารตั้งต้น อุณหภูมิ และเวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา ปริมาณการดูดซับสีย้อมของซิงค์ออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้แต่ละสัณฐานที่ถูกใช้เป็นขั้วอิเล็กโทรด สามารถวิเคราะห์ได้โดยทำการสกัดสีย้อมด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ หาปริมาณสีย้อมที่สกัดได้ด้วยเทคนิคยูวี-วิสิเบิล สเปคโทรสโคปี โดยปริมาณพื้นที่ผิวจำเพาะที่มากจะส่งให้มีปริมาณการดูดซับสีย้อมที่มากขึ้นด้วย และค่าประสิทธิภาพโดยรวมสามารถวัดได้จากเครื่องกำเนิดแสงอาทิตย์จำลอง โดยค่าประสิทธิภาพโดยรวมจะขึ้นอยู่กับค่าความกว้างแถบพลังงาน ความไม่สมบูรณ์ของผลึก และค่าปริมาณการดูดซับสีย้อม ซึ่งค่าความกว้างแถบพลังงานที่เพิ่มขึ้นและระดับพลังงานแถบการนำของซิงค์ออกไซด์ที่น้อยกว่าชั้นที่อิเล็คตรอนของสีย้อมถูกกระตุ้น จะส่งผลให้มีอิเล็คตรอนจากสีย้อมตกบนชั้นแถบการนำของซิงค์ออกไซด์มากขึ้น ทำให้เซลล์มีประสิทธิภาพโดยรวมเพิ่มขึ้นด้วย ซิงค์ออกไซด์สัณฐานทรงกลมกลวง จะมีค่าประสิทธิภาพโดยรวมมากที่สุดเท่ากับ 0.49% เนื่องจากมีค่าความกว้างแถบพลังงานที่สูง ค่าความไม่สมบูรณ์ของผลึกที่น้อยที่สุด และค่าปริมาณการดูดซับสีย้อมที่มากที่สุด