Preparation of Zinc Oxide Hollow Spheres for Dye Sensitized Solar Cell Application

Abstract

Ce-doped ZnO hollow spheres were prepared by hydrothermal method. The prepared hollow spheres were further used as photoanode in dye sensitized solar cells. All the samples were characterized by XRD FESEM and UV-vis spectroscopy techniques. The results from XRD showed that all the samples were hexagonal wurtzite structure and crystallite size increased with increasing calcination temperature. FESEM images exhibited that the calcined samples have a hollow sphere morphology with average diameter about 5 µm. The results from UV-vis spectroscopy technique indicated that the reflectivity percentage tended to increase with increasing calcination temperature. The energy band gap (Eg) of the samples were evaluated using UV–vis absorption spectra and it found to be in the range of 3.05 – 3.16 eV. The light-to-electricity conversion efficiency of the 0.25% Ce/ZnO hollow sphere calcine at 600oC film-based dye-sensitized solar cell had the highest value of 0.45%. This result was contributed to BET surface area and porosity of the sample. It is found that the 0.25% Ce/ZnO hollow sphere calcine at 600oC had the highest specific surface area of 42.26 m2/g. This was an important factor affected the optical properties of the sample and encuraged the enhancement of light-to-electricity conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells.

อนุภาคทรงกลมกลวงซิงค์ออกไซด์ที่เจือด้วย Ce ร้อยละโดยโมลถูกเตรียมด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล เพื่อประยุกต์ใช้เป็นโฟโตแอโนดในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง ลักษณะเฉพาะและสมบัติทางแสงของสารตัวอย่างที่เตรียมได้ถูกนำไปศึกษาด้วยเทคนิค XRD FESEM TEM และ UV-vis spectroscopy ผลการศึกษาจากเทคนิค XRD พบว่า สารตัวอย่างทั้งหมดมีโครงสร้างผลึกแบบเฮกซะโกนอลเวิร์ทไซท์และขนาดผลึกมีค่าเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิแคลไซน์ จากภาพถ่าย FESEM แสดงให้เห็นว่า สารตัวอย่างที่เตรียมได้ทั้งหมดมีลักษณะสัณฐานแบบทรงกลมกลวงและมีพื้นผิวเปลือกทรงกลมที่ขรุขระ โดยมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 5 ไมโครเมตร ผลการศึกษาสมบัติทางด้วยเทคนิค UV-vis spectroscopy พบว่า ค่าร้อยละการสะท้อนแสงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิแคลไซน์ จากการศึกษาหาค่าแถบช่องว่างพลังงานโดยอาศัยสเปกตรัมการดูดกลืน พบว่า มีค่าช่องว่างแถบพลังงานของสารตัวอย่างอยู่ในช่วง 3.05 – 3.16 อิเล็กตรอนโวลต์ ผลจากการทดสอบประสิทธิภาพในการผันแสงไปเป็นไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ พบว่า เซลล์แสงอาทิตย์ที่โฟโตแอโนดเตรียมจากชั้นฟิล์มทรงกลมกลวง ZnO ที่เจือด้วย Ce ร้อยละโดยโมล 0.25 แคลไซน์ที่อุณหภูมิ 600oC มีค่าประสิทธิภาพสูงสุดเท่ากับ 0.45% ซึ่งมีความสอดคล้องกับผลการศึกษาพื้นที่ผิวสัมผัสและความพรุนของสารตัวอย่างด้วยเทคนิค BET พบว่า อนุภาคทรงกลมกลวง ZnO เจือด้วย Ce ในปริมาณร้อยละโดยโมล 0.25 แคลไซน์ที่อุณหภูมิ 600oC มีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะสูงสุดเท่ากับ 42.26 ตารางเมตรต่อกรัม ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สมบัติทางแสงของสารตัวอย่างและประสิทธิภาพการผันแสงของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงมีค่าเพิ่มขึ้น