Повышение эффективности сенсибилизированных красителем солнечных элементов с использованием легирования Cu из экстракта кожуры ананаса наночастицами ZnO с помощью модифицированного раствора натурального красителя.
DOI:
https://doi.org/10.31489/2025N2/42-53Ключевые слова:
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы, наночастицы ZnO, легирование Cu, Раствор красителя, зеленый синтезАннотация
Фотоаноды и растворы красителей незаменимы для стабильности и эффективности работы сенсибилизированных красителем солнечных элементов. В этом исследовании фотоанод использует образец ZnO, легированный Cu, изготовленный с использованием метода зеленого синтеза с биовосстановлением из экстракта кожуры ананаса. Между тем, с использованием метода мацерации раствор красителя изготавливается из экстракта плодов шелковицы и листьев моринги. Для применения в сенсибилизированных красителем солнечных элементах фотоаноды ZnO, легированные 1%, 3%, 5% и 10% Cu, были истощены на стекле ITO и погружены в раствор красителя на один день. Затем результаты были проверены на электропроводность и производительность в сенсибилизированных красителем солнечных элементах. Добавление концентрации легирования Cu к фотоаноду ZnO может повлиять на производительность сенсибилизированного красителем солнечного элемента. В этой работе образец ZnO, легированный 5% Cu в качестве фотоанода, показал самую высокую эффективность в 1,67% со временем жизни электронов 12 мс по сравнению с фотоанодом без легирования Cu или с легированием Cu при концентрациях 1%, 3% и 10%. Таким образом, легированные Cu наночастицы ZnO и растворы красителей из природных материалов могут быть дополнительно разработаны для приложений сенсибилизированных красителем солнечных элементов. Ключевые слова: сенсибилизированные красителем солнечные элементы, наночастицы ZnO, легирование Cu, раствор красителя, зеленый синтез.
Библиографические ссылки
Neikov O.D., Naboychenko S.S., Murashova I.B. (2019) Production of rare metal powders. Handbook of Non-Ferrous Metal Powders (Second Edition), Chapter 24, 757-829. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-1005439.00024-5. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100543-9.00024-5
Göde F., Balpinar N. (2023) Dye-sensitized solar cells fabricated using ZnO:Cu thin films and dye extracted from Hypericum perforatum L. flowers. Dig. J. Nanomater. Biostruct. 18(1), 389-402. https://doi.org/10.15251/DJNB.2023.181.389. DOI: https://doi.org/10.15251/DJNB.2023.181.389
Huo J., Ni Y., Li D., Qiao J., Huang D., Sui X., Zhang Y. (2023) Comprehensive structural analysis of polyphenols and their enzymatic inhibition activities and antioxidant capacity of black mulberry (Morus nigra L.). Food Chem., 427, 136605. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136605. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136605
Yildiz Z.K., Atilgan A., Atli A., Özel K., Altinkaya C., Yildiz A. (2019) Enhancement of efficiency of natural and organic dye sensitized solar cells using thin film TiO2 photoanodes fabricated by spin-coating. J. Photochem. Photobiol. A Chem., 368, 23-29. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.09.018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.09.018
Rotulung J.C., Djarkasi G.S.S., Taroreh M.I.R. (2023) Pengaruh Penambahan Sari Daun Kelor Terhadap Kadar Kalsium Dan Sifat Sensoris Pada Susu Kenari. Jurnal Teknologi Pertanian., 14(2), 110-118. https://doi.org/ https://doi.org/10.35791/jteta.v14i2.51877 DOI: https://doi.org/10.35791/jteta.v14i2.51877
Fajri, Rahmatu R., Alam N. (2018) Kadar Klorofil Dan Vitamin C Daun Kelor (Moringa Oleifera Lam) dari Berbagai Ketinggian Tempat Tumbuh. AGROTEKBIS: Jurnal Ilmu Pertanian., 6(2), 152-158. Available at: http://jurnal.faperta.untad.ac.id/index.php/agrotekbis/article/view/270/263
Vaiano V., Matarangolo M., Murcia J.J., Rojas H., Navío J.A., Hidalgo M.C. (2018) Enhanced photocatalytic removal of phenol from aqueous solutions using ZnO modified with Ag. Appl. Catal. B, 225, 197-206. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.11.075. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.11.075
Das A., Nair R.G. (2020) Effect of aspect ratio on photocatalytic performance of hexagonal ZnO nanorods. J. Alloys Compd., 817: 153277. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153277. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153277
Wu D., Wang Y., Ma N., Cao K., Zhang W., Chen J., Wang D., Gao Z., Xu F., Jiang K. (2019) Single-crystal-like ZnO mesoporous spheres derived from metal organic framework delivering high electron mobility for enhanced energy conversion and storage performances. Electrochim. Acta, 305, 474–483. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.0 DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.03.077
Kuang M., Zhang J., Wang W., Chen J., Liu R., Xie S., Wang J., Ji Z. (2019) Synthesis of octahedral-like ZnO/ZnFe2O4 heterojunction photocatalysts with superior photocatalytic activity. Solid State Sci., 96, 105901. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.05.012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.05.012
Esgin H., Caglar Y., Caglar M. (2022) Photovoltaic performance & physical characterization of Cu doped ZnO nanopowders as photoanode for DSSC. J.Alloys Compd., 890, 161848. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.16184 8 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161848
Gaurav A., Beura R., Kumar J.S., Thangadurai P. (2019) Study on the effect of copper ion doping in zinc oxide nanomaterials for photocatalytic applications. Mater. Chem. Phys., 230, 162-171. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.03.056. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.03.056
Ge Z., Wang C., Chen T., Chen Z., Wang T., Guo L., Qi G., Liu J. (2021) Preparation of Cu-doped ZnO nanoparticles via layered double hydroxide and application for dye-sensitized solar cells. J. Phys. Chem. Solids, 150. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2020.109833. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2020.109833
Kumbhar D., Kumbhar S.S., Delekar S., Nalawade R., Nalawade A. (2019) Photoelectrochemical cell performance cu doped zno photoanode sensitized by xanthene dyes. Nanosyst: Phys. Chem. Math., 10(4), 466–474. http://doi.org/10.17586/2220-8054-2019-10-4-466-474. DOI: https://doi.org/10.17586/2220-8054-2019-10-4-466-474
Muthuvel A., Jothibas M., Manoharan C. (2020) Effect of chemically synthesis compared to biosynthesized ZnO-NPs using Solanum nigrum leaf extract and their photocatalytic, antibacterial and invitro antioxidant activity. J. Environ. Chem. Eng., 8, 103705. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.103705. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.103705
Kazemi S., Hosseingholian A., Gohari S.D., Feirahi F., Moammeri F., Mesbahian G., Moghaddam Z.S., Ren Q. (2023) Recent advances in green synthesized nanoparticles: from production to application. Mater. Today Sustain., 24, 100500. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100500. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100500
Khan M.M., Harunsani M.H., Tan A.L., Hojamberdiev M., Poi Y.A., Ahmad N. (2020) Antibacterial Studies of ZnO and Cu-Doped ZnO Nanoparticles Synthesized Using Aqueous Leaf Extract of Stachytarpheta jamaicensis. BioNanoScience, 10(4), 1037–48. https://doi.org/10.1007/s12668-020-00775-5. DOI: https://doi.org/10.1007/s12668-020-00775-5
Rohmawati L., Lailia L.R., Putri N.P., Nasir M., Darminto D. (2024) Characterization of ZnO Nanoparticles Pineapple Skin Extract (Ananas comosus L.) as Photocatalytic Activity. J. Water Environ. Nanotechnol., 9(1), 112–123. http://doi.org/10.22090/jwent.2024.01.08.
Gaur J., Vikrant K., Him K.H., Kumar S., Pal M., Badru R., Masand S., Momoh J. (2023) Photocatalytic degradation of Congo red dye using zinc oxide nanoparticles prepared using Carica papaya leaf extract. Mater. Today Sustain., 22, 100339. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100339. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100339
Andari R. (2020) Distance Variation of Light Source Effects toward Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Performance using Anthocyanin Extract from Rosella Flower. JPSE (Journal of Physics Science and Engineering), 5(1), 31–35. http://doi.org/10.17977/um024v5i12020p031. DOI: https://doi.org/10.17977/um024v5i12020p031
Nazim V.S., El-Sayed G.M., Amer S.M., Nadim A.H. (2023) Optimization of metal dopant effect on ZnO nanoparticles for enhanced visible LED photocatalytic degradation of citalopram: comparative study and application to pharmaceutical cleaning validation. Sustain. Environ. Res., 33(39), 1-16. https://doi.org/10.1186/s42834-023-00198-3. DOI: https://doi.org/10.1186/s42834-023-00198-3
Munandar M.R., Hakim A.S.R., Puspitadindha H.A., Andiyani S.P., Nurosyid F. (2022) The effect of mixing Chlorophyll-Antocyanin as a natural source dye on the efficiency of dye-sensitized solar cell (DSSC). J. Phys. Conf. Ser., 2190(1), 012042. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2190/1/012042. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2190/1/012042
Sakshi, Singh P.K., Shukla V.K. (2022) Widening spectral range of absorption using natural dyes: Applications in dye sensitized solar cell. Mater. Today Proc., 49(8), 3235-3238. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.287. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.287
Kyaw K.K., Toe H. (2020) Characterization and Doping Effect of Cu-Doped ZnO Films. Mater. Sci. Eng. A, 10(3-4), 43-52. https://doi.org/10.17265/2161-6213/2020.3-4.001. DOI: https://doi.org/10.17265/2161-6213/2020.3-4.001
Ramya M., Nideep T.K., Nampoori V.P.N., Kailasnath M. (2021) The impact of ZnO nanoparticle size on the performance of photoanodes in DSSC and QDSSC: a comparative study. J Mater Sci: Mater Electron., 32, 3167-3179. https://doi.org/10.1007/s10854-020-05065-0. DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-020-05065-0
Rajan A.K., Louis C. (2020) Localized surface plasmon resonance of Cu-doped ZnO nanostructures and the material's integration in dye sensitized solar cells (DSSCs) enabling high open-circuit potentials. Journal of Alloys and Compounds, 829, 154497. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154497. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154497
Alam M.W., Ansari M.Z., Aamir M., Waheed-Ur-Rehman M., Parveen N., Ansari S.A. (2022) Preparation and Characterization of Cu and Al Doped ZnO Thin Films for Solar Cell Applications. Crystals, 12, 128. https://doi.org/10.3390/cryst12020128. DOI: https://doi.org/10.3390/cryst12020128
