The Effects of Al-doped ZnO (AZO) as Anti-reflection Agent for Dye Sensitized Solar Cells System

Abstract

Наночастинки ZnO, леговані Al (AZO), були синтезовані як антирефлекторний реагент для системи сонячних елементів, сенсибілізованої барвником. ZnO, легований Al, готували методом золь-гелю при 60 °C протягом 3 годин змінюючи концентрацію Al (0, 2, 3 і 4 %). XRD картина AZO показує, що додавання Al впливає на структурні властивості, такі як зменшення розміру кристалітів від 10 нм до 28 нм. Оптичні властивості AZO характеризувалися UV-Vis спектрофотометром. ZnO, легований Al, демонструє явище червоного зсуву на довжині хвилі 320-375 нм. 3 % і 4 % AZO показують два піки, розглянуті як домішки ZnO, легованого Mg. Спектри пропускання AZO показують збільшення пропускання в області видимого світла на 50-95 %. Спектри відбиття показують величину відбиття, що збільшується в УФ області і зменшується у видимій області (< 50 %). Енергію забороненої зони AZO розраховували за допомогою методу Tauc Plot. Додавання Al може зменшити енергію забороненої зони AZO від 3.45 еВ до 3.23 еВ. ZnO, легований Al, використовується як антирефлекторний реагент для сенсибілізованих барвником сонячних елементів (DSSCs). Система DSSCs з AZO має більш високу ефективність, ніж елементи без антирефлекторного покриття. Ефективність системи сонячних елементів без антирефлекторного шару AZO становить 0.18 %, тоді як ефективність з 2, 3 і 4 % антирефлекторним шаром AZO склала 0.28, 0.68 і 0.85 % відповідно. Максимальна продуктивність системи DSSCs з 4 % AZO (0.85 %) як антирефлекторним реагентом була продемонстрована поліпшеною ефективність до 372 разів порівняно з системою без антирефлекторного реагента.

Al-doped ZnO (AZO) nanoparticles have been synthesized as anti-reflection agent for dye sensitized solar cells system. Al-doped ZnO was prepared by sol-gel method at 60 °C for 3 hours with variation of Al (0, 2, 3 and 4 %). XRD pattern of AZO shows that the addition of Al affected the structural properties, such as decrease in the crystallinity and crystallite size from 10 nm to 28 nm. The optical properties of AZO were characterized by UV-Vis Spectrophotometer. Al-doped ZnO exhibited the red shift phenomenon at wavelength 320-375 nm. AZO of 3 % and 4 % show 2 peaks considered as the impurities of Mg-doped ZnO. The transmittance spectra of AZO show the increase of transmittance in the visible light region of 50-95 %. The reflectance spectra show the reflectance value increasing in the UV area and decreasing in the visible area (< 50 %). Band gap energy of AZO was calculated with Tauc Plot Method. The addition of Al can decrease the band gap energy of AZO from 3.45 eV to 3.23 eV. Al-doped ZnO is used as anti-reflection agent for Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs). Performance of DSSCs system with AZO has higher efficiency than that without anti-reflection coating. The efficiency of the solar cell system without AZO anti-reflection layer is 0.18 %, while the efficiencies with 2, 3 and 4 % AZO anti-reflection layer were 0.28, 0.68 and 0.85 %, respectively. The maximum performance of DSSCs system with AZO 4 % (0.85 %) as anti-reflection agent was shown by the improved efficiency up to 372 times compared to that without anti-reflection agent.