با همکاری مشترک انجمن علوم و فناوری‌های شیمیایی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 گروه شیمی، دانشگاه پیام نور ، مشهد، ایران

2 دانشگاه پیام نور، مشهد، ایران

10.30473/ijac.2025.74954.1323

چکیده

در این مطالعه، یک روش نوین برای اندازه‌گیری کمی مواد با استفاده از سلول خورشیدی رنگدانه‌ای (DSSC) ابداع گردید. ماده مورد مطالعه به‌ عنوان رنگدانه در سلول خورشیدی حساس شده با رنگ (DSSC) به کار گرفته می شود و این سلول به ‌عنوان آشکارساز برای شناسایی کمی ماده هدف عمل می‌کند. محلول نمونه مورد بررسی به طور همزمان در معرض تابش تمام طول موج‌های یک لامپ تنگستن قرار می‌گیرد و یک سلول خورشیدی که به‌ عنوان آشکارساز عمل می کند، میزان جذب را ثبت می‌کند. این سامانه از نظر طراحی مشابه یک طیف‌سنج نوری ناحیه مرئی- فرابنفش است با این تفاوت که از تکفام‌ساز استفاده نمی‌شود و این جزو مزایای این روش ساده است. در این مطالعه، چهار نوع سلول خورشیدی با استفاده از رنگ‌های مختلف ( N719 و Bromoethylene Blue و Quinalizarin و 2,7-Dichlorofluorescein ) ساخته شد. با جایگزینی این سلول‌های خورشیدی با آشکارساز طیف‌سنج UV-Vis، شدت جذب نور لامپ تنگستن برای محلول‌های حاوی رنگدانه مورد استفاده در سلول خورشیدی و سایر رنگ‌ها بررسی شد. مشاهدات نشان می دهد که اگر محلول مورد بررسی با رنگدانه استفاده‌ شده در سلول خورشیدی همسان باشد، میزان جذب متناسب با لگاریتم غلظت خواهد بود. اما اگر محلول حاوی رنگ متفاوتی با سلول خورشیدی ( نا همسان ) باشد، پاسخ سامانه از قانون بیر-لامبرت پیروی کرده و رابطه‌ای خطی با غلظت نشان می‌دهد. این روش می‌تواند برای شناسایی کمی و کیفی مواد مورد استفاده قرار گیرد. در تحلیل‌های کیفی و کمی، DSSC منحصر به فرد ساخته‌شده با رنگ نمونه به ‌عنوان آشکارساز برای هر نمونه به کار می‌رود.

کلیدواژه‌ها

[1]    F.J. Holler. D.A. Skoog and S.R. Crouch. Principles of instrumental analysis (7 ed.). Cengage              Learning (2022).
[2] J. Perrin. Jablonski diagram (2025).
[3] D.A. Skoog. F.J. Holler and S.R. Crouch. Principles of instrumental analysis (7 ed.). Cengage Learning (2018).
[4] M.A. Green. Third generation photovoltaics: Advanced solar energy conversion. Springer Science & Business Media (2006).
[5] M. Hosenuzzaman. N.A. Rahim. J. Selvaraj. M. Hasanuzzaman. A.B.M.A. Malek and A. Nahar. Global prospects, progress, policies, and environmental impact of solar photovoltaic power generation. Renew. Sust. Energ. Rev. 41 (2015) 284-297.
[6] T.M. Razykov. C.S. Ferekides. D. Morel. E. Stefanakos. H.S. Ullal and H.M. Upadhyaya. Solar photovoltaic electricity: Current status and future prospects. Sol. Energy 85 (2011) 1580-1608.
[7] M. Grätzel. Dye-sensitized solar cells. J. Photochem. Photobiol. C 4 (2003) 145-153.
[8] X. Hou. K. Aitola and P.D. Lund. TiO₂ nanotubes for dye-sensitized solar cells—A review. Energy Sci. Eng. 9 (2021) 921-937.
[9] K. Patil. S. Rashidi. H. Wang and W. Wei. A review on photovoltaic cells and applications. Int. J. Photoenergy (2019) 1812879.
[10] S. Mathew. A. Yella. P. Gao. R. Humphry-Baker. B.F.E. Curchod. N. Ashari-Astani and M. Grätzel. Dye-sensitized solar cells with 13% efficiency achieved through the molecular engineering of porphyrin sensitizers. Nat. Chem. 6 (2014) 242-247.
[11] B. O’Regan and M. Grätzel. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO₂ films. Nature 353 (1991) 737-740.
[12] N. Heo. Y. Jun and J.H. Park. Dye molecules in electrolytes: New approach for suppression of dye-desorption in dye-sensitized solar cells. Sci. Rep. 3 (2013) 1712.
[13] D. Kumar. A short review on the advancement in the development of TiO₂ and ZnO based photo-anodes for the application of dye-sensitized solar cells (DSSCs). Eng. Res. Express 3 (2021) 042004.
[14] M.K. Nazeeruddin. A. Kay. I. Rodicio. R. Humphry-Baker. E. Müller. P. Liska and M. Grätzel. Conversion of light to electricity by cis-X₂bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium(II) charge-transfer sensitizers. J. Am. Chem. Soc. 115 (2001) 6382-6390.
[15] A. Hagfeldt. G. Boschloo. L. Sun. L. Kloo and H. Pettersson. Dye-sensitized solar cells. Chem. Rev. 110 (2010) 6595-6663.
[16] B.C. O’Regan. J.R. Durrant. P.M. Sommeling and N.J. Bakker. Influence of the TiCl₄ treatment on nanocrystalline TiO₂ films in dye-sensitized solar cells. J. Phys. Chem. C 111 (2007) 14001-14010.
[17] K. Hara and H. Arakawa. Dye-sensitized solar cells. In Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology 11 (2003) 1-30.
[18] V. Rondán-Gómez. I. Montoya De Los Santos. D. Seuret-Jiménez. F. Ayala-Mató. A. Zamudio-Lara. T. Robles-Bonilla and M. Courel. Recent advances in dye-sensitized solar cells. Appl. Phys. A 125 (2019) 836.
[19] L. Zhang and J.M. Cole. Anchoring groups for dye-sensitized solar cells. ACS Appl. Mater. Interfaces 7 (2015) 3427-3455.
[20] M. Hosseini and S.M. Khoshfetrat. Sensitive spectrophotometric determination of U(VI) ion at trace level in water samples: A simple and rapid homogeneous solvent-based/in-situ solvent formation microextraction based on synthesized task-specific ionic liquid. J. Solut. Chem. 53 (2024) 1443-1461.
[21] M. Hosseini and S.M. Khoshfetrat. Application of a new synthesized ionic liquid based on pyrrolidinium for microextraction of trace amounts of Cr(VI) ions in real water and wastewater samples. J. Water Chem. Technol. 45 (2023) 256-269.
[22] M. Hosseini. A. Rezaei and M. Soleymani. Homogeneous solvent-based microextraction method (HSBME) using a task-specific ionic liquid and its application to the spectrophotometric determination of fluoxetine as pharmaceutical pollutant in real water and urine samples. Chem. Pap. 78 (2024) 8195-8210.
[23] M. Moradzaman and M.R. Mohammadi. Development of an aqueous TiO₂ paste in terms of morphological manipulation of nanostructured photoanode electrode of dye-sensitized solar cells. J. Sol-Gel Sci. Technol. 75 (2015) 447-459.
[24] Z.S. Wang. T. Yamaguchi. H. Sugihara and H. Arakawa. Significant efficiency improvement of the black dye-sensitized solar cell through protonation of TiO₂ films. Langmuir 21 (2005) 4272-4276.
[25] T.H. Tsai. C.Y. Chen. C.T. Li. C.P. Lee. R. Vittal and K.C. Ho. Dye-sensitized solar cells with optimal gel electrolyte using the Taguchi design method. Int. J. Photoenergy (2013) 617126.
[26] V. More. V. Shivade and P. Bhargava. Effect of cleaning process of substrate on the efficiency of the DSSC. Trans. Indian Ceram. Soc. 75 (2016) 59-62.
[27] F. Momeni and M. Kashfi Tabrizi. Investigation of the effect of titanium dioxide (TiO₂) deposition method on the performance of dye-sensitized solar cells (DSSC). New Process. Mater. Eng. 9 (2015) 5-12.
[28] J. Cai. Z. Chen. J. Li. Y. Wang. D. Xiang. J. Zhang. H. Li and H. Ji. Enhanced conversion efficiency of dye-sensitized solar cells using a CNT-incorporated TiO₂ slurry-based photoanode. AIP Adv. 5 (2015) 027118