Παρασκευή νανοϋβριδικών υλικών γραφενίου για χρήση σε ηλιακές κυψελίδες - Καλαμαρά-Γεροθανάση, Ελευθερία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας, 2018)
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 %.