Παρασκευή νανοϋβριδικών υλικών γραφενίου για χρήση σε ηλιακές κυψελίδες

Καλαμαρά-Γεροθανάση, Ελευθερία; Kalamara-Gerothanasi, Eleftheria

dc.contributor.author	Καλαμαρά-Γεροθανάση, Ελευθερία	el
dc.contributor.author	Kalamara-Gerothanasi, Eleftheria	en
dc.date.accessioned	2018-11-23T10:19:45Z
dc.date.available	2018-11-23T10:19:45Z
dc.date.issued	2018-11-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48101
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16176
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Νανοϋβριδικά υλικά	el
dc.subject	Οξείδιο γραφενίου	el
dc.subject	Ηλιακές κυψελίδες	el
dc.subject	Νανοσύνθετα υλικά γραφενίου	el
dc.subject	Φωτοβολταϊκά κελιά ευαισθητοποιημένα με κβαντικές τελείες	el
dc.subject	Nanohybrid materials	el
dc.subject	Graphene oxide (GO)	el
dc.subject	Quantum dot solar sensitized cells (QDSSCs)	el
dc.subject	Solar cells	el
dc.subject	Reduced graphene oxide (rGO)	el
dc.title	Παρασκευή νανοϋβριδικών υλικών γραφενίου για χρήση σε ηλιακές κυψελίδες	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φυσικοχημεία	el
heal.classification	Σύνθετα υλικά	el
heal.classification	Αναλυτική χημεία	el
heal.classification	Νανοϋλικά	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/58f70331057f9c67dd70586c1e5324a27f0fdf6e
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/af724f05f61ef305eee5da55bd5d31ef6237e2a3
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/58258c05de79d267cff0777b650c09dd0e24396f
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/36437d7c4a65ec9fe273b8cfff31557cb2ee11f9
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-09-27
heal.abstract	Σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νανοϋβριδικών υλικών οξειδίου του γραφενίου (GO) με ενώσεις χαλκογενιδίων, συγκεκριμένα με χαλκό (Cu) και κοβάλτιο (Co), που προστέθηκαν υπό την μορφή των αλάτων CuCl2 και CoCl2 αντίστοιχα, καθώς και με θειούχες ενώσεις των ίδιων μετάλλων με την πρόσθηκη θειοθειϊκού νατρίου (Νa2S2O3). Επιπλέον, μελετήθηκε η καταλληλόλητα τους και κατ’ επέκταση η εφαρμογή τους ως ηλεκτρόδια καθόδου σε φωτοβολταϊκά κελιά ευαισθητοποιημένα με κβαντικές τελείες. Τόσο το γραφένιο όσο και τα παράγωγά του (GO, rGO) έχουν συγκεντρώσει το επιστημονικό ενδιαφέρον στον τομέα των ηλιακών κυψελίδων, που αποτελούν τη βάση των φωτοβολταϊκών συστημάτων, εξαιτίας των εξαιρετικών οπτικών ιδιοτήτων του. Οι ιδιότητες αυτές αποδίδονται κατά κύρο λόγο στην υψηλή αγωγιμότητά του και στο άμεσο ενεργειακό διάκενο που διαθέτει ως ημιαγωγός μηδενικού χάσματος, το οποίο αυξανει την ικανότητα απορρόφησης φωτονίων συγκριτικά έναν κοινό ημιαγωγό. Επιπλέον, ο μονοστρωματικός χαρακτήρας του γραφενίου το καθιστά ιδανικό ως αντιανακλαστικό επίστρωμα σε ηλιακά κελιά ώστε να εμποδίζει το εισερχόμενο φως να αντανακλάται πίσω στην ατμόσφαιρα. Τα νανοϋβριδικά υλικά αποτελούμενα από GO και χαλκογενείς ή θειούχες μεταλλικές ενώσεις (CuS, CoS), διαθέτουν ιδιότητες που καθιστούν ιδιαίτερα σημαντική τη χρήση τους σε ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών, όπως σε αισθητήρες, στη φωτοκατάλυση, σε οπτοηλεκτρονικές και φωτοχημικές εφαρμογές. Η σύνθεση του GO πραγματοποιήθηκε με την τροποποιημένη μέθοδο Hummers, κάνοντας χρήση ισχυρών οξειδωτικών αντιδραστηρίων και εν συνεχεία, ο σχηματισμός των μεταλλικών και θειούχων μεταλλικών σωματιδίων, σε διαφορετικές ποσότητες, πάνω στα νανοφύλλα του GO έλαβε χώρα με διαλυτοθερμική μέθοδο κάνοντας χρήση αντιδραστήρα μικροκυμμάτων σε 2 διαφορετικές θερμοκρασίες. Για τον χαρακτηρισμό των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκαν διάφορες ενόργανες χημικές μέθοδοι ανάλυσης, όπως Φασματοσκοπία Raman, Περίθλαση Ακτίνων-X (XRD), Φασματοσκοπία Υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR), Θερμοβαρυμετρική Ανάλυση (TGA), Ηλεκτρονιακή Μικροσκοπία Εκπομπής Πεδίου (FESEM) καθώς και Ηλεκτροχημιικές Μετρήσεις με χαρακτηριστικά διαγράμματα LSV και J-V και Φασματοσκοπία Ηλεκτροχημικής Εμπέδησης (EIS). Με τις παραπάνω μετρήσεις πιστοποιήθηκε ο επιτυχής σχηματισμός των νανοσωματιδίων Co, Cu, CoS και CuS στα νανόφυλλα GO και λήφθηκαν πληροφορίες σχετικά με την κατανομή και το μέγεθος των σωματιδίων, τη δομή, τη σύσταση, τη μορφολογία και τη θερμική σταθερότητα των νανοϋβριδικών τελικών προϊόντων. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ενσωμάτωση των νανοϋβριδικών υλικών ως ηλεκτρόδια καθόδου σε ηλιακά κελιά ευαισθητοποιημένα με κβαντικές τελείες, τα οποία παρουσίασαν εξαιρετική απόδοση που φθάνει το 9,26 %.	el
heal.abstract	The objective of this thesis is the synthesis and characterization of nanohybrid materials consisting of graphene oxide (GO) with chalcogenide particles, specifically of copper (Cu) and cobalt (Co), which were added as the CuCl2 and CoCl2 respectively, and also with sulfur compounds of the same metals, which were added as Na2S2O3. In addition, their suitability and consequently, their application as cathode in quantum dot solar sensitized cells, were studied. Both graphene and its derivatives (GO, rGO) have concentrated the scientific interest in the field of solar cells, which are the basis of the photovoltaic systems, due to its excellent optical properties. These properties are mainly attributed to its high conductivity and its direct energy gap as a zero gap semiconductor, which increases the photon absorption capacity in comparison to a common semiconductor. Moreover, the one-layered characteristic of graphene makes it ideal as an anti-reflective sheet in solar cells, in order to prevent the incoming light from reflecting back to the atmosphere. GO nanohybrid materials with chalcogenide particles or sulphide metal compounds (CuS, CoS), have properties that make its use particularly important in a wide range of applications, such as sensors, photocatalysis, optoelectronic and photochemical applications. The composition of GO was carried out by the modified Hummers method, by oxidation of graphite using strong oxidizing reagents, and then the formation of metallic and sulphide metal particles, in different amounts, onto the GO nanosheets, was carried out by the solvothermal method using a microwave reactor at 2 different temperatures. The samples’ characterization occurred by various instrumental chemical methods of analysis, such as Raman Spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transformation Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy – Field Emission (SEM-FESEM), Electrical Measurements with characteristics diagrams J-V and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The successful formation of Co, Cu, CoS and CuS nanoparticles onto GO nanosheets was verified by the above methods analysis’ results and significant data about distribution and size of particles, chemical structure, morphology and thermal stability of the final material were collected. Finally, nanohybride materials were incorporated as cathode electrodes in quantum dots solar sensitized cells, which showed an excellent efficiency of 9.26%.	en
heal.advisorName	Καραγιάννη, Χάϊδω-Στεφανία	el
heal.committeeMemberName	Καραγιάννη, Χάϊδω-Στεφανία	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βάσω	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	105 σ.
heal.fullTextAvailability	true