569
www.namspi.uz
universaljurnal.uz
DSSC QUYOSH ELEMENTLARINING ISHLASH PRINSPI
Naimjonov Arslonbek Maxammadjon o`g`li Namangan davlat universiteti,
doktorant
Abdukarimov Abdulaziz Abdubannayevich Namangan muhandislik texnologiya
instituti. f-m.f.n. PhD
Namozaliyev Afzalbek G'ofurjon o'g'li Namangan davlat universiteti, magistr
Annotatsiya.
Quyosh energiyasidan samarali foydalanish uchun dye-
sensitized solar cells (DSSC) texnologiyasi zamonaviy va istiqbolli yechimlardan
biri hisoblanadi. Ushbu tezisda DSSC quyosh panellarining ishlash prinsipi,
asosiy komponentlari (fotosensibilizator, elektrolit, va elektrod materiallari) va
ularning o‘zaro ta'sir mexanizmi batafsil yoritib berilgan. Shuningdek, DSSC
texnologiyasining energiya konversiyasi samaradorligini oshirish imkoniyatlari
va uning afzalliklari, jumladan, arzonligi, moslashuvchanligi va atrof-muhitga
zarar
yetkazmasligi
muhokama
qilingan.
Mazkur
tadqiqot
DSSC
texnologiyasining kelajakdagi rivojlanishi va amaliy qo‘llanilishi bo‘yicha yangi
yo‘nalishlarni ochib beradi.
Kalit so`zlar.
DSSC, quyosh panellari, fotosensibilizator, elektrolit,
energiya konversiyasi, samaradorlik, foto-qo'zg'alish, valent zo`na.
Annotation:
Dye-sensitized solar cells (DSSC) technology represents one of the modern and
promising solutions for the efficient utilization of solar energy. This thesis
provides a detailed explanation of the working principle of DSSC solar panels,
their main components (photosensitizer, electrolyte, and electrode materials), and
their interaction mechanisms. Additionally, the possibilities of improving energy
conversion efficiency and the advantages of DSSC technology, including cost-
effectiveness, flexibility, and environmental friendliness, are discussed. This
study opens up new directions for the future development and practical
applications of DSSC technology.
Keywords:
DSSC, solar panels, photosensitizer, electrolyte, energy
conversion, efficiency, photoexcitation, valence band.
Аннотация
:
Технология
красочно
-
сенсибилизированных
солнечных
элементов
(DSSC)
является
одним
из
современных
и
перспективных
решений
для
эффективного
использования
солнечной
энергии
.
В
данном
тезисе
подробно
рассмотрены
принцип
работы
солнечных
панелей
DSSC,
их
основные
компоненты
(
фотосенсибилизатор
,
электролит
и
материалы
для
электродов
)
и
механизмы
их
взаимодействия
.
Также
обсуждаются
возможности
повышения
эффективности
преобразования
энергии
и
преимущества
технологии
DSSC,
включая
низкую
стоимость
,
гибкость
и
экологичность
.
Это
исследование
открывает
новые
направления
для
дальнейшего
развития
и
практического
применения
технологии
DSSC.
570
www.namspi.uz
universaljurnal.uz
Ключевые
слова
:
DSSC,
солнечные
панели
,
фотосенсибилизатор
,
электролит
,
преобразование
энергии
,
эффективность
,
фотоактивация
,
валентная
зона
.
Bo'yoq bilan sezgirlashtirilgan quyosh batareyasining ishlash prinsipi to'rt
bosqichga asoslanadi: yorug'likni yutish, elektronni in'ektsiya qilish, zaryadni
tashish va tok hosil qilish [1]. Asosan, DSSC qurilmasi doimiy kimyoviy
o'zgarishsiz quyosh nurlanishidan elektr energiyasini ishlab chiqaradi [2].
Elektron-g`ovak zaryadlarining harakati turli xil aniqlanmagan interfeyslar orqali
o'rganiladigan DSSC ning kinetikasi keng va murakkabdir. 1-rasmda ushbu
turdagi elementlarning kinetik mexanizmlar ko'rsatilgan.
1-rasm. DSSC ning ishlash diagrammasi. Jarayonlar: (a) foto-qo'zg'alish, (b)
in'ektsiya, (c) tashish, (d) o'tkazuvchanlik, (e) diffuziya va (f) regeneratsiya [3].
Ishlash printsipi fazalararo elektron uzatish jarayonlariga asoslangan.
Fotoelektrodga nurlanish tushganda, foton (h
ν
) sensibilizator yoki bo'yoq (S)
tomonidan yutiladi va yarimo'tkazgichga biriktiriladi va u o'zining qo`zg`algan
holatiga (S*) o'tadi (1-formula).
(
TiO
) +
ℎ →
∗
(
TiO
)
(1)
Bo'yoqning qo'zg'aluvchan holatidan (S*) elektron TiO
2
ning mavjud
o'tkazuvchanlik zonasida zaryadsizlanadi yoki ineksiya qilinadi va natijada o'zini
S
+
oksidlovchi turga aylantiradi (2 - formula).
∗
(
TiO
)
→
(TiO
) +
(TiO
)
(2)
Keyinchalik, elektronlar TiO
2
nanozarrachalarining g'ovakli yarimo'tkazgichli
o'zaro bog'langan tarmog'i yordamida TCO qatlamiga o'tadi. TCO qatlamiga
kirgandan so'ng, elektronlar iste`molchi orqali qarshi elektrod (katod) ga o'tadi.
571
www.namspi.uz
universaljurnal.uz
Bu tashilgan elektronlar elektrolitga qo`shilib ketadi va
I
ioni
I
ga qaytariladi
(3 - formula).
I
hosil bo'lgandan so'ng, bo'yoqni qayta tiklash jarayoni 4 -
tenglamada ko'rsatilganidek sodir bo'ladi. Avvalgi S
+
oksidlovchi tur hosil bo'lgan
I
bilan reaksiyaga kirishib, qo`zg`almagan bo'yoq hosil qiladi va yana
I
hosil
bo'ladi.
+ 2
(
katod
)
→
3 (
katod
)
(3)
2
(TiO
) + 3I
→
2S
(
TiO
) + I
(4)
Ushbu
jarayon
davomida
rekombinatsiya
jarayonlari
deb
ataladigan
samaradorlikning yo’qolishiga olib keladigan kerak bo`lmagan jarayon paydo
bo’ladi. TiO
2
ning Valent zo`naliga (conduction zone) ga ineksiya qilingan
elektronlar oksidlangan bo’yoqqa (5 tenglama) yoki yarimo’tkazgich yuzasiga
yaqin bo’lgan
I
ionlariga o`tishi mumkin (6 tenglama) [4].
S (TiO
) +
(TiO )
→
(
TiO
)
(5)
I
+ 2
(TiO )
→
3I (
anod
)
(6)
Bo'yoq kationlariga elektronlarning qaytarilish mexanizmi hali ham muhokama
qilinayotgan bo'lsa-da, 4 tenglama quyidagi ketma-ket reaksiyalar bilan yuzaga
keladi [5], [6]:
+
→
[ :
]
(7)
[ :
] +
→
+
(8)
bu erda 7 reaksiya tez, 8 esa sekindir.
Shu joydan boshlab mexanizm juda noaniq va turli yo’llar o`ylab ko`riladi. 8
tenglamaga ko’ra, regeneratsiya reaktsiyalari ikkinchi yodid ionining (
−
) [
−
:
+
]
kompleksi bilan o’zaro ta’siriga bog’liq [5]. Ammo bu reaktsiya sodir bo’lishi
uchun bo’yoq tiosiyanat (SCN) ligandini taqdim etishi kerak. Bu ligand mavjud
bo’lmaganda, oraliq kompleks noma’lum bo`ladi. Ikkinchi yodid bilan o’zaro
ta’sir bo’yoq molekulasidan
diiodidning disasotsiatsiyasiga olib keladi.
Keyinchalik, bu diiodid atom guruxlari nomutanosib bo’lib, yodid va triiodid hosil
qiladi (9 tenglama) [
6
]:
2
→
+
(9)
Bularni sodir bo`lishiga quyosh nuri ta'sirida kvazi-Fermi darajasi va
elektrolitdagi oksidlanish-qaytarilish juftligining orasidagi potentsiali farqidir.
Yaxshi samaradorlikka erishish uchun in'ektsiya (2 tenglama) va regeneratsiya (4
tenglama) jarayonlari (oldinga reaktsiyalar) rekombinatsiya jarayonlariga
nisbatan kinetik jihatdan qulay bo'lishi kerak. 2-rasmda turli jarayonlar va vaqt
shkalalari ko'rsatilgan. DSSC kontseptsiyasi fotoelektron rekombinatsiyasi bo'yoq
regeneratsiyasiga qaraganda sekinroq bo`lganda ishlaydi.
2-rasm. DSSCdagi turli jarayonlarning vaqt shkalasi
572
www.namspi.uz
universaljurnal.uz
DSSC larning ishlash mexanizmidagi yana bir muhim jarayon bu
sensibilizator tomonidan yorug'likning yutilishidir. Bo'yoq quyosh yutganda,
elektron eng yuqori ishg'ol qilingan molekulyar orbital (HOMO) darajasidan eng
past bo'sh bo'lmagan molekulyar orbital (LUMO) darajasiga qo'zg'aladi. Ko'rib
chiqilishi kerak bo'lgan muhim nuqta - elektron uzatishni ta'minlash uchun
bo'yoqning ushbu orbitallari va yarimo'tkazgichning energiya tasmasi o'rtasidagi
nisbiy pozitsiyadir [7].
Xulosa.
DSSC texnologiyasi quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishda
istiqbolli yechimlardan biri hisoblanadi. Ushbu texnologiya arzon xomashyo,
oson ishlab chiqarish jarayoni va ekologik xavfsizligi tufayli an'anaviy kremniy
asosidagi quyosh panellariga nisbatan muqobil sifatida ajralib turadi. DSSC
panellarining asosiy afzalliklari, jumladan, moslashuvchanlik va past nur
sharoitida ham samarali ishlashi, ularning turli sohalarda keng qo‘llanilish
imkoniyatini ta'minlaydi. Shu bilan birga, DSSC samaradorligini oshirish uchun
fotosensibilizatorlar,
elektrolitlar
va
elektroda
materiallarini
yanada
takomillashtirish bo‘yicha tadqiqotlarni davom ettirish zarur. Ushbu
texnologiyaning rivojlanishi energiya muammolariga barqaror yechim yaratishda
muhim ahamiyat kasb etadi.
Adabiyotlar
[1]
K. Sharma, V. Sharma, and S. S. Sharma, "Dye-Sensitized Solar Cells:
Fundamentals and Current Status," Nanoscale Res. Lett., vol. 13, no. 1, pp. 1-46,
Nov. 2018, doi: 10.1186/s11671-018-2760-6.
[2]
M. Grätzel, "Photovoltaic performance and long-term stability of dye-
sensitized meosocopic solar cells," Comptes Rendus Chim., vol. 9, no. 5-6, pp.
578-583, May 2006, doi: 10.1016/j.crci.2005.06.037.
[3]
N. Tomar, A. Agrawal, V. S. Dhaka, and P. K. Surolia, "Ruthenium
complexes based dye sensitized solar cells: Fundamentals and research trends,"
Solar Energy, vol. 207. Pergamon, pp. 59-76, Sep. 01, 2020, doi:
10.1016/j.solener.2020.06.060.
[4]
M. K. Nazeeruddin, E. Baranoff, and M. Grätzel, "Dye-sensitized solar
cells: A brief overview," Sol. Energy, vol. 85, no. 6, pp. 1172-1178, Jun. 2011,
doi: 10.1016/j.solener.2011.01.018.
[5]
†, ‡
John N. Clifford,
†, §
Emilio Palomares, | Md. K. Nazeeruddin, | and
M. Grätzel, and
†
James R. Durrant*, "Dye Dependent Regeneration Dynamics in
Dye Sensitized Nanocrystalline Solar Cells: Evidence for the Formation of a
Ruthenium Bipyridyl Cation/Iodide Intermediate,"J. Phys. Chem. C, vol. 111, no.
17, pp. 6561-6567, May 2007, doi: 10.1021/JP067458T.
[6]
G. Boschloo and A. Hagfeldt, "Characteristics of the Iodide/Triiodide
Redox Mediator in Dye-Sensitized Solar Cells," Acc. Chem. Res., vol. 42, no. 11,
pp. 1819-1826, Nov. 2009, doi: 10.1021/AR900138M.
[7]
M. Grätzel, "Recent advances in sensitized mesoscopic solar cells," Acc.
Chem. Res., vol. 42, no. 11, pp. 1788-1798, Nov. 2009, doi: 10.1021/ar900141y.
