الکترولیت در سلول رنگدانه ای

نقش الکترولیت ها توليد الكترون لازم برای بازگشت ماده رنگینه به حالت پایه و تکرار فرایند برانگیختگی است. بنابر این، عملکرد طولانی مدت سلول های خورشیدی حساس شده با رنگدانه وابسته به بخش الکترولیت است الکترولیت های استفاده شده در سلول های خورشیدی به دو طبقه کلی الکترولیت های مایع و پلیمری تقسیم بندی می شوند اولین بار در سال ۱۹۹۱
Gratzel و همکاران، سلول خورشیدی با استفاده از الکترولیت مایع تهیه کردند.

معایب الکترولیت های مایع

اما معایب الکترولیت های مایع مانند تبخیر، احتمالا نشت حلال، خوردگی و عدم پوشش دهی کامل سبب معرفی و کاربرد الکترولیت های پلیمری شد. اگرچه سلول های خورشیدی حساس شده با رنگینه حاوی الکترولیت های پلیمری عملکرد و بازده کمتری نسبت به سلول های حاوی الکترولیت های مایع دارند، ولی این الکترولیت ها پایداری بیشتر و قابلیت آب بندی بهتری دارند. بنابراین، طراحی و تولید الکترولیت های جدید با انتقال بسیار موثر حامل های بار و پایداری طولانی مدت هنوز در دست بررسی است.

الکترولیت های پلیمری در سلول رنگدانه ای

الکترولیت های پلیمری در واقع کوپلیمرهای پیچیده حاوی گروههای عاملی قطبی روی زنجیر اصلی پلیمر بوده که با برهم کنش های درون مولکولی گونه های یونی را منتقل می کنند. انتقال بار با نفوذ یون های جدا شده و عبور از میان فضاهای خالی ماتریس پلیمر انجام می شود. الکترولیت های پلیمری افزون بر خواص منسجم حالت جامد، دارای خواص نفوذی حالت مایع نیز هستند. به عبارتی، الکترولیت های پلیمری پایداری طولانی بیشتری نسبت به الکترولیت های مایع دارند. در عین حال آنها از ویژگی های الکترولیت های مایع مانند رسانش یونی زیاد و خاصیت تماس بین سطحی عالی نیز برخوردارند. بدین دلیل، الکترولیت های پلیمری به طور گسترده در سلول های خورشیدی حساس شده با رنگدانه و سایر افزاره های الکترونیکی و الکتروشیمیایی، مانند باتری های ثانویه، سلول های سوختی، حسگرها و محرکها، ابرخازنها و صفحه نمایش های الكترورنگی استفاده می شوند.
ویژگی های الکترولیت پلیمری مناسب عبارت اند از
١- پس از اینکه ماده رنگدانه الکترون را به تیتانیوم دی اکسید انتقال داد، باید قابلیت انتقال حفره را از ماده رنگدانه حساس کننده داشته باشد و لبه بالایی نوار ظرفیت نیمه رساناهای نوع p باید بالاتر از سطح انرژی حالت پایه رنگدانه باشد
۲- در حالت بی شکل باید قابلیت نشاندن در فیلم متخلخل تیتانیم دی اکسید را داشته باشد. زیرا بلورینگی الکترولیت مانع از پرشدن مناسب منافذ فیلم تیتانیم دی اکسید متخلخل می شود که عامل محدود کننده اصلی در عملکرد سلول است.
٣- تحرک حفره باید به اندازه کافی زیاد باشد، زیرا تحرک کم حفره عامل محدود کننده دیگری برای عملکرد افزاره است.
۴- باید در محدوده مرئی شفاف باشد و رنگدانه حساس کننده را طی فرایند نشاندن تخریب یا حل کند
امروزه برای تهیه الکترولیت های پلیمری، انواع متنوعی از پلیمرها مانند پلی اتیلن أكسيد، پلی متیلن متاکریلات، پلی اتیلن گلیکول پلی اتیلن گلیکول متیل اترمتاکریلات، پلی اکریلونیتریل و پلی وینیل کلرید استفاده میشود. به تازگی، پلی ساکاریدها، پلی ساکاریدهای اصلاح شده مانند سلولوز به دلیل رسانش یونی زیاد در دمای محیط مورد توجه قرار گرفته اند. افزون بر این، الکترولیت های پلیمری آلی غیر آلی هیبریدی نیز در حال مطالعه و ارزیایی هستند. اولین بار در سال ۱۹۹۵، الکترولیت پلیمری در ساختار سلول خورشیدی استفاده شد و بازده عملکرد 0.74 به دست آمد. سپس کاربرد این فناوری در سلول خورشیدی گسترش یافت.