اثر همیاری بین رنگ های استخراج شده از گلبرگ و پرچم گل زعفران برای حساس سازی نانوذرات TiO2 جهت به دام انداختن نور

سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ، نسل سوم سلول‌های خورشیدی هستند که کاربرد فزاینده‌ای به‌عنوان سلول فوتوولتائیک یافته‌اند. یکی از مشکلات این سلول‌ها، هزینه بالا و سمیت رنگ‌های مصنوعی است که به‌عنوان حساس‌کننده به کار می‌روند. یکی از راه‌های غلبه بر این مشکل، استفاده از رنگدانه‌های طبیعی است. در این پژوهش، رنگدانه‌های طبیعی از پرچم و گلبرگ زعفران استخراج شده و به‌عنوان حساس‌کننده نوری مورد استفاده قرار گرفتند. مطالعات طیف‌سنجی نشان داد که جذب رنگدانه‌های پرچم و گلبرگ، شکاف انرژی آناتاز را به ۲٫۴ و ۱٫۸ الکترون‌ولت کاهش می‌دهد. همچنین مشخص شد که برای سلولی که با مخلوطی از رنگدانه‌های استخراج‌شده حساس شده است، بازده تبدیل انرژی (η) معادل ۰٫۵۱٪ به دست آمد که حدود ۴۶٪ بیشتر از بازدهی است که با برهم‌نهی خطی سلول‌های حساس‌شده با رنگدانه‌های استخراج‌شده از پرچم (۰٫۲۲٪) و گلبرگ (۰٫۱۳٪) به‌صورت جداگانه حاصل می‌شود. این نشان می‌دهد که حساس‌سازی هم‌زمان با مخلوط رنگدانه‌ها شامل یک اثر هم‌افزایی در انتقال انرژی سلول‌های خورشیدی مزومتخلخل TiO₂ حساس‌شده با رنگ است. همچنین، مطالعات طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که طول عمر الکترون برانگیخته در مخلوط رنگدانه‌های استخراج‌شده از گلبرگ و پرچم زعفران، بیشتر از طول عمر الکترون در هر یک از رنگدانه‌های استخراج‌شده از پرچم یا گلبرگ به‌تنهایی است.

Dye-sensitized solar cells are third-generation solar cells that have found increasing application as photovoltaic cells. One problem of these cells is the high cost and toxicity of synthetic dyes used as sensitizers. One way to overcome this problem is the use of natural pigments. In this research, natural dyes were extracted from saffron stamen and petals and used as optical sensitizers. Spectroscopic studies showed that absorption of stamen and petal dyes reduces the anatase band gap to 2.4 and 1.8 eV. Also, it was found that for a cell sensitized by a mixture of extracted dyes, an energy conversion efficiency (η) of 0.51% was obtained, about 46% higher than the efficiency obtained by linear superposition of cells sensitized by dyes extracted from stamen (0.22%) and petals (0.13%) separately. This indicates that simultaneous sensitization of mixed dyes includes a synergistic effect in energy transfer of mesoporous TiO2 solar cells sensitized with dye. Also, electrochemical impedance spectroscopy studies showed that the excited electron lifetime in the mixture of dyes extracted from saffron petals and stamen is longer than the electron lifetime in each dye extracted from stamen or petals alone.