1389

PHY3 171

Nabeel Abbood Kadhim

بررسي آزمايشگاهي براي بهبود عملكرد سلول‌هاي خورشيدي سيليكوني با استفاده از پوشش پادبازتاب رنگ‌هاي طبيعي و TiO2 و اثرات دما بر آن‌ها

دكتري

1404/06/026

171 p .

Dr. Malek Bagheri Harouni

Dr. Zafer Mane Hachim

سلول‌هاي خورشيدي سيليكوني , پوشش پادبازتاب , نانوكامپوزيت , رنگ‌هاي طبيعي

This research investigates an innovative surface modification strategy for polycrystalline silicon solar cells using titanium dioxide (TiO₂)/polyvinyl alcohol (PVA) nanocomposite coatings combined with natural plant-based dyes. The study aims to reduce reflection losses an‎d mitigate the adverse effects of elevated temperatures on solar cell efficiency. Experimental work was conducted in indoor laboratories at the Engineering Technical College of Najaf an‎d the College of Science, University of Kufa. TiO₂/PVA nanocomposites were prepared using different amounts of TiO₂ (0.01 g, 0.017 g, 0.05 g, an‎d 0.1 g), while natural dyes extracted from Acacia alata leaves, Spirulina algae, yellow acacia flowers, an‎d Bougainvillea flowers were integrated to form hybrid thin films. These coatings were applied to the front surface of polycrystalline silicon solar cells (19 mm × 52 mm) via dro‎p casting an‎d characterized using structural, optical, thermal, an‎d electrical measurements. UV-Vis spectroscopy revealed improved photon absorption in the visible range (400–700 nm), reduced reflectance, an‎d tunable optical ban‎d gaps ranging from 2.2 eV for dye-based films to 3.5 eV for TiO₂/PVA composites. Electrical testing showed a significant increase in maximum power output (Pmax) an‎d efficiency (η), from 76.85 mW an‎d 7.78% in uncoated cells to 130.3 mW an‎d 13.19% in TiO₂/PVA (0.017 g) an‎d Spirulina-dye-coated cells. Moreover, thermal stability tests demonstrated that coated cells maintained high efficiency at elevated temperatures (up to 80°C), unlike uncoated cells that suffered substantial efficiency degradation. These findings confirm that TiO₂/PVA nanocomposite coatings combined with natural dyes offer a cost-effective, eco-friendly, an‎d technologically viable approach to significantly enhance the optical, electrical, an‎d thermal performance of polycrystalline silicon solar cells.

اين تحقيق يك استراتژي نوآورانه براي اصلاح سطح سلول‌هاي خورشيدي سيليكون چندبلوري با استفاده از پوشش‌هاي نانوكامپوزيت دي‌اكسيد تيتانيوم (TiO₂)/پلي‌وينيل الكل (PVA) همراه با رنگدانه‌هاي طبيعي گياهي را بررسي مي‌كند. هدف اين مطالعه كاهش تلفات بازتاب و كاهش اثرات منفي دماهاي بالا بر كارايي سلول‌هاي خورشيدي است. كارهاي تجربي در آزمايشگاه‌هاي داخلي در دانشكده فني مهندسي نجف و دانشكده علوم دانشگاه كوفه انجام شد. نانوكامپوزيت‌هاي TiO₂/PVA با استفاده از مقادير مختلف TiO₂ (0.01 گرم، 0.017 گرم، 0.05 گرم و 0.1 گرم) تهيه شدند، در حالي كه رنگدانه‌هاي طبيعي استخراج شده از برگ‌هاي Acacia alata، جلبك اسپيرولينا، گل‌هاي آكاسياي زرد و گل‌هاي بوگنويليا براي تشكيل فيلم‌هاي نازك هيبريدي تركيب شدند. اين پوشش‌ها به سطح جلويي سلول‌هاي خورشيدي سيليكون چندبلوري (19 ميلي‌متر × 52 ميلي‌متر) از طريق روش قطره‌چكاني اعمال و با استفاده از اندازه‌گيري‌هاي ساختاري، نوري، حرارتي و الكتريكي مورد بررسي قرار گرفتند. طيف‌سنجي UV-Vis بهبود جذب فوتون را در ناحيه مرئي (400–700 نانومتر)، كاهش بازتاب و شكاف‌هاي نوري قابل تنظيم از 2.2 الكترون‌ولت براي فيلم‌هاي مبتني بر رنگدانه تا 3.5 الكترون‌ولت براي كامپوزيت‌هاي TiO₂/PVA نشان داد. آزمايشات الكتريكي افزايش قابل توجهي در حداكثر توان خروجي (Pmax) و كارايي (η) را از 76.85 ميلي‌وات و 7.78% در سلول‌هاي بدون پوشش به 130.3 ميلي‌وات و 13.19% در سلول‌هاي پوشش داده شده با TiO₂/PVA (0.017 گرم) و رنگدانه اسپيرولينا نشان داد. علاوه بر اين، آزمايشات پايداري حرارتي نشان داد كه سلول‌هاي پوشش داده شده در دماهاي بالا (تا 80 درجه سانتي‌گراد) كارايي بالاي خود را حفظ كردند، در حالي كه سلول‌هاي بدون پوشش دچار كاهش قابل توجهي در كارايي شدند. اين يافته‌ها تأييد مي‌كند كه پوشش‌هاي نانوكامپوزيت TiO₂/PVA همراه با رنگدانه‌هاي طبيعي رويكردي مقرون به صرفه، دوستدار محيط زيست و از نظر فناوري قابل اجرا براي بهبود قابل توجه عملكرد نوري، الكتريكي و حرارتي سلول‌هاي خورشيدي سيليكون چندبلوري ارائه مي‌دهند.

نبيل كاظم

994235010

فيزيك - ماده چگال (پژوهش محور)

فيزيك ماده چگال

145908

145909

6

145910

145911

145912

145913

145914

145915

145916

145917

145918

145919

Silicon solar cells , Anti-reflective coating , Nano composite , Natural colors