Zr katkılı ZnO nanoçubuklar ve TiO2 nanopartiküllerden oluşan hibrit fotoanotlara dayalı boya duyarlı güneş pillerinin üretilmesi ve karakterizasyonu

Bant aralığı, yüzey yapısı, parçacık boyutu, gözenekliliği ve film kalınlığı nedeniyle TiO2, DSSC'lerde popüler bir fotoelektrottur. Bununla birlikte, TiO2'nin elektron hareketliliği, DSSC'lerin fotovoltaik performansını daha da iyileştirmek için çok düşüktür. Sonuç olarak, DSSC'ler üzerine yapılan birçok araştırma, çeşitli yarı iletken malzemelerle elektron taşınmasını iyileştirmeye odaklanmıştır. Tüm bu yarı iletken malzemeler arasında, TiO2 ile benzer bant aralığı, daha fazla elektron hareketliliği ve TiO2'den daha kolay yüzey modifikasyonu nedeniyle ZnO en çok ilgiyi çekmiştir. Sonuç olarak, TiO2'li veya TiO2'siz DSSC'lerde çalışma elektrotu olarak kullanılabilir. Tek boyutlu nanoyapılar, boya adsorpsiyonu için daha küçük bir yüzey alanına sahiptir ve ZnO nanoçubuklar (NR'ler) ve TiO2 nanoparçacıklarından (NP'ler) oluşan bir hibrit film, yüzey alanı, ışık absorpsiyonu ve yük aktarımı açısından özellikle etkilidir. Bu çalışmada, ZnO NR'lerin elektron taşıma özelliklerini daha da geliştirmek için Zr (%0.5, 1, 1.5, 2 ve 2.5 ağırlık) ile katkılandılar. Mevcut çalışma, katkısız ve Zr katkılı ZnO NRs/TiO2 NP'lere dayalı DSSC'ler oluşturmak için bir hidrotermal teknik kullanmıştır. Örneklerin karakterizasyonu için XRD, SEM, EDS ve UV-Vis yöntemleri kullanıldı. Ayrıca DSSC'lerde fotoanot olarak kullanılan cihazların fotovoltaik performansları ölçülmüştür. Sadece TiO2 NP'ler, katkısız ZnO NRs/TiO2 NP'ler ve Zr katkılı ZnO NRs/TiO2 NP'ler (ağırlıkça %2 Zr'de) içeren geleneksel fotoanotlarla birleştirilen cihazlar için %3.31, %4.91 ve %8.33'lük bir güç dönüşüm verimliliği elde edildi. Sonuçlar, Zr katkılı ZnO NRs/TiO2 NPs tabanlı fotoanotların DSSC cihazlarında tamamlayıcı bir etki elde ettiğini ve sonuç olarak benzer uygulamalara genişletilebileceğini önerir.