تعزيز أداء الخلايا الشمسية الحساسة للأصباغ: تحسين مركبات نانوية من Cu?ZnSnS?/ZnCo?O? كأقطاب مقابلة فعّالة ومنخفضة التكلفة

تبحث هذه الدراسة في استخدام مركبات نانوية من Cu?ZnSnS?/ZnCo?O? (CZTS/ZCO)، والمحضّرة بطرق التحلل المائي الحراري والاحتراق، كأقطاب مقابلة في الخلايا الشمسية الحساسة للأصباغ (DSSCs). جرى اختبار نسب مختلفة من Cu?ZnSnS? و ZnCo?O?، وتم إجراء تحليلات شاملة باستخدام: حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، المجهر الإلكتروني عالي الدقة (HRTEM)، تحليل مساحة السطح BET، مطيافية رامان، مطيافية الممانعة الكهروكيميائية (EIS)، الفولتمترية الدورية (CV)، تحليل Tafel، المجهر الإلكتروني الماسح بانبعاث الحقل (FESEM)، وكفاءة تحويل الفوتون الساقط إلى إلكترون (IPCE)، إلى جانب اختبارات الثبات على المدى الطويل. أظهرت النتائج أن نسبة CZTS:ZCO = 2:1 حققت أعلى كفاءة بلغت %8.81، مع جهد دائرة مفتوحة 729 mV، تيار دائرة قصيرة 17.80 mA/cm?، ومعامل امتلاء 67.9%. وتفوقت هذه النتائج على كفاءة الخلية المرجعية المزودة بقطب بلاتيني (%8.42) والتي سجلت جهد دائرة مفتوحة 735 mV، تيار دائرة قصيرة 17.16 mA/cm?، ومعامل امتلاء 66.8%. كما قُدرت أحجام البلورات (Crystallite size) للقمم الرئيسية في عينات CZTS و ZCO بـ 19.8 nm و 16.7 nm على التوالي، حيث يمكن أن تؤثر هذه الأحجام بشكل ملحوظ في انتقال الشحنة والتوصيلية في القطب المقابل أثناء العمليات الكهروكيميائية، كما أن وجود البلورات النانوية بهذه الأحجام يعزز الخصائص الكهروكيميائية والتوصيلية للعينة المحضّرة. أظهرت نتائج مطيافية رامان عدم تكون أطوار إضافية أو ثانوية مثل ZnS و CuSnS? في بنية الكيسترايت لـ CZTS، مما يدل على تكون البلورة في طور أحادي. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت أنماط F?g في طيف رامان لــ ZCO وجود وحدات رباعية السطوح في بنية السبينيل، بينما تمثل أنماط A?g البنى ثمانية السطوح في هذا الطور، مما يشير إلى تكوّن طور ZCO ملائم. ويُعزى الأداء المتفوق للمركب النانوي CZTS/ZCO إلى بنيته البلورية المحسّنة، وخصائصه الأفضل في نقل الشحنة، وسلوكياته التحفيزية الكهربائية المعززة.