در این تحقیق به ساخت ومشخصهیابی سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید با استفاده از کاتدهای مختلف از جمله مس سولفید و سرب سولفید و کاتدهای نانوکامپوزیتی با پوششهای پیدرپی از این دو ماده پرداخته میشود. در این پایان نامه به دنبال بهینه کردن مشخصات فوتوولتایی این سلولها بوده با توجه به پایین بودن فاکتور کارکرد در این سلولها و بررسی عوامل بازترکیب با توجه به آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی این سلولها ، با معرفی کاتدهای مؤثر به دنبال افزایش این مشخصه میباشیم. با بهرهگیری از ساختارهای پیدرپی و ترکیبی مس سولفید و سرب سولفید که به روش سیلار لایه نشانی شدند بازدهی این سلولها تا بیش از 3 برابر نسبت به سلولهایی که کاتد آنها مس سولفید یا سرب سولفید است افزایش یافته است یعنی 63/3 % در مقابل 4/0 % و 48/1 %. همچنین فاکتور کارکرد در کاتدهای نانوکامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید/.../مس سولفید/سرب سولفید 2 برابر شده است یعنی 49/0 در مقابل 26/0. به علاوه با بررسی خواص فوتوولتائیک سلولهای خورشیدی به تحلیل کارکرد کاتد گرافن در این سلولها میپردازیم. در این تحقیق از صفحات گرافنی به دلیل دارا بودن ساختار دو بعدی و سطح مؤثر بالا و همچنین رسانایی الکتریکی مناسب و ترکیب آن با مس سولفید/سرب سولفید به منظور افزایش خواص فوتوولتائیک و بازدهی سلولها استفاده شده است. در این جا گرافن به دلیل سطح مؤثر زیادی که فراهم میکند در کاتدهای ترکیبی به عنوان بستری مناسب برای لایهنشانی مس سولفید و سرب سولفید بر روی آن به کار گرفته شده است و بازدهی را از 54/2 % تا 21/3 % افزایش داده است. کليد واژه:سلول خورشیدی، نقاط کوانتومی، نانو کامپوزیت ، سیلار ، گرافنعنوان صفحه فهرست جدولهادفهرست شکلهاهپيشگفتار..1فصل 1-مقدمه و سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگدانه. 31-1- مقدمه...............................31-2- سلول های خورشیدی رنگدانه ای و ساختار کلی آن ها51-2-1-فتوآند.......61-2-2-الکترولیت اکسایشی – کاهشی.. 71-2-3-الکترود کاتد. 81-2-4-مکانیسم انتقال بار در سلولهای حساس شده با رنگدانه. 81-2-5- فرآیند های تزریق، انتقال و بازترکیب در سلولهای رنگدانهای.. 91-3- نتیجهگیری.. 10فصل 2- سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی و مروری بر پیشینه تحقیقات...........122-1- مقدمه..122-2- مفهوم نقاط کوانتومی.. 122-3- عوامل کاهش بازده در سلولهی خورشیدی تک پیوند. 132-4- رویکردهای متفاوت با بهره گرفتن از ویژگیهای نقاط کوانتومی در طراحیQDSSCs132-4-1-تنظیم گاف انرژی در نقاط کوانتومی.. 142-4-2-اثر حاملهای داغ. 152-4-3-تولید چندین جفت الکترون-حفره (اکسایتون)172-4-4-سلولهای خورشیدی با نوار میانی.. 182-5- سلولهای خورشیدی بر پایهی نقاط کوانتومی (QDSSCs)192-5-1-ساختار و اصول عملکرد سلول های خورشیدی بر پایهی نقاط کوانتومی.. 202-5-2-اجزای مختلف سلول خورشیدی بر پایه نقاط کوانتومی.. 212-5-2-1-الکترود آند...............................212-5-2-2-نقاط کوانتومی به عنوان حساس کننده و جاذب نور222-5-2-3-الکترولیت اکسایشی کاهشی پلی سولفید. 242-5-2-4-الکترود مقابل..........................252-5-3-برهمکنشهای انتقال و عبور الکترون-حفره در سلول های خورشیدی بر پایه نقاط کوانتومی.. 262-6- مقایسهی سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگدانه و نقاط کوانتومی.. 282-6-1-تفاوتهای ساختاری و زمان انتقال بار در DSSCsو SSSCs. 292-7- مروری بر نقاط کوانتومی به کار برده شده در QDSSCs به عنوان حساس کننده342-8- مروری بر کاتدهای به کار برده شده در QDSSCs372-9- نتیجهگیری.. 38فصل 3- ساخت و روش های مشخصه یابی سلول های حساس شده با نقاط کوانتومی.. 413-1- مقدمه..413-2- مواد و تجهیزات مورد نیاز413-2-1-مواد اولیه 413-2-2-تجهیزات مورد استفاده در فرایند ساخت... 423-3- ساختارکلی سلول های حساس شده با نقاط کوانتومی.. 433-3-1-آماده سازی فوتوآند. 443-3-1-1- شستشوی زیرلایه........443-3-1-2-لایه نشانی خمیر نانوذرهایTiO2به روش دکتر بلید. 453-3-1-3-پخت حرارتی در کوره...........473-3-1-4-حساسسازی فوتوآند با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید به روش سیلار (SILAR)473-3-1-5-ساخت نقاط کوانتومی CdSe و حساسسازی آند به روش حمام شیمیایی(CBD)493-3-2-آمادهسازی الکترود کاتد. 523-3-2-1-ساخت کاتد نوع اول از جنسCuS. 533-3-2-2-ساخت کاتد نوع دوم از جنس PbS. 533-3-2-3-ساخت کاتد نوع سوم از جنس مس سولفید/ سرب سولفید و سرب سولفید/مس سولفید. 543-3-2-4-ساخت کاتد با لایه نشانی پی در پی CuS/PbS… به روش سیلار543-3-3-ساخت الکترولیت پلی سولفید برای سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی.. 553-3-4-بستن سلول های QDSSCs. 553-4- روش های مشخصه یابی فوتوولتایی سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی.. 573-4-1-اندازه گیری منحنی های ولتاژ – جریان.. 573-4-1-1-اندازه گيري منحني هاي ولتاژ-جريان در روشنايي.. 573-4-1-2-اندازه گیری بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی و فاکتور کارکرد سلول.. 573-4-1-3-اندازه گيري منحني هاي ولتاژ-جريان در تاريکي.. 583-4-2-اندازه گيري افت ولتاژ سلول با زمان.. 583-4-3-طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)60فصل 4- تحلیل و نتایج مشخصه یابی سلول های ساخته شده. 644-1-مقدمه. 644-2- آناليزميکروسکوپالکترونیروبشی(SEM) نانو ذرات تیتانیوم اکسید. 644-3-طیف جذب و عبور آند ها674-4- مشخصه یابی کاتد ها به روش SEM... 684-5- مشخصات فوتوولتایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتدهای مختلف... 714-6- بررسی اثر افزایش تعداد سیکل های سیلار در ساخت کاتد های نانو کامپوزیتی.. 764-7-آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی.. 794-7- بررسی گرافن به عنوان کاتد در QDSSCs814-7-1-ساخت کاتد با پوشش گرافن و کامپوزیت آن با سرب سولفید. 814-7-2-بررسی مشخصه های فوتوولتایی سلول ها با کاتد گرافن / سرب سولفید. 824-7-3-ساختار ترکیبی گرافن با دیگر ساختار های نانو کامپوزیتی به عنوان کاتد. 834-8-مقایسه ی کاتد های نانوکامپوزیتی با کاتد های ترکیبی باگرافن.. 87فصل 5- نتیجهگیری و پیشنهادات... 935-1- جمع بندی و نتیجهگیری.. 935-2- پیشنهادات... 94مقالات ارائه شده. 95فهرست مراجع.. 96فهرست جدولهاعنوان صفحهجدول 2‑1 .نقاط کوانتومی مختلف به عنوان حساسکننده در QDSSCs35جدول 2‑2 . خلاصهای از QDSSCs بر پایهی کاتدهای مختلف.37جدول 3‑1 .مواد اولیه استفاده شده در تحقیق.. 41جدول 4‑1 . مشخصات فوتوولتایی سلولهای ساخته شده با کاتدهای مختلف.73جدول 4‑2. مشخصات فوتولتایی سلول ها با کاتد های نانو کامپوزیتی با تعداد مختلف سیکل سیلار74جدول 4‑3. مشخصات فتوولتایی سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتدهای نانو کامپوزیتی مس سولفید / سرب سولفید. 76جدول 4‑4 . مقاومت سری (Rs) و مقامت انتقال بار(Rct) از کاتد به الکترولیت که از آنالیز EIS اندازهگیری شد.79جدول 4‑5 . مشخصات فوتوولتایی سلول های ساخته شده با کاتد گرافن/سرب سولفید باافزایش تعداد دفعات لایه نشانی چرخشی گرافن.. 82جدول 4‑6. مشخصات فوتوولتایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها84جدول 4‑7. مشخصات فوتولتایی سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن 88 فهرست شکلهاعنوان صفحهشکل 1‑1 . طرحوارهای از(a): یک سلولخورشیدی رنگدانهای، (b):دیاگرام انرژی در یک DSSC................5شکل 1‑2 . طرحوارهايازفرايندهايانتقالوبازتركيبدرسلولهای خورشيديرنگدانهاي.. 9شکل 2‑1 . نمودار شماتیک انرژی نانو ذره که بین حالت مولکولی و ماده توده نیمهرسانا است.13شکل 2‑2 .(A): تصویر ساختار CdSexS1-xدر سلولهای پشت سرهم. (B): نمودار گاف انرژی که نشان میدهد، گافهای انرژی برای بهبود بخشیدن در انتقال بار به صورت آبشاری کنارهم قرار گرفتند. (C) طیف جذب ساختارهایی با نسبتهای متفاوت Se/S و تأثیر این نسبتها بر روی گاف انرژی نقاط کوانتومی.. 15شکل 2‑3 . واهلش/سرد شدن حاملهای داغ در نیمههادیها و تبدیل انرژی جنبشی حامل به گرما از طریق گسیل فونون 16شکل 2‑4 . تولید چندین جفت الکترون-حفره (MEG) در نقاط کوانتومی به وسیله یونیزاسیون مؤثر. 18شکل 2‑5 . وابستگی گاف انرژی نقاط کوانتومی به اندازه ی آن ها.19شکل 2‑6 .شمای کلی QDSSCs و نحوهی عملکرد آنها20شکل 2‑7 . تصویر FE-SEM مربوط به نانوذرات 20 نانومتری دی اکسید تیتانیوم بر روی زیر لایهی FTO.. 21شکل 2‑8 . دو روش جذب مستقیم و جذب به واسطهی مولکول اتصال دهنده .23شکل 2‑9 .روش لایه نشانی سیلار به صورت شماتیک.24شکل 2‑10 . زمان انتقال بار برای DSSCs (نمودار بالایی) و برای SSSCs (نمودار پایینی) را نشان میدهد.29شکل 2‑11 . انتقال بار از یک بلور نیمههادی برانگیخته به یک ذرهی اکسیدی (A). دو ذرهی بلور نیمههادی متصل که تنها یکی از آنها به لایهی اکسیدی متصل است و تولید بار در بلوری که به لایه اکسیدی متصل نیست اتفاق میافتد (B)32شکل 2‑12 . منحنی بازدهی تولید جریان از تابش فوتون فرودی (IPCE) برای لایههای TiO2 حساس شده با CdS ، که هر بار پوشش شامل غوطه ور کردن TiO2 در پیش ماده Cd2+ و شستشو با آب و فروبردن در محلول آبی سولفیدی و شستشو دوباره میباشد.33شکل 2‑13 . منحنی IPCE لایهی ZnO/CdSe به ازای دمای مختلف پخت حرارتی (a). طیف XRD الکترودهای ZnO/CdSe برحسب دمای پخت حرارتی که C و H در شکل نشان دهندهی فاز مکعبی و هگزاگونال CdSe میباشد(b)34شکل 3‑1شمای کلی سلول خورشیدی بر پایه نانو ذزات تیتانیوم اکسید حساس شده با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید. 44شکل 3‑2 روش پوشش دهی چسب اسکاچ بر روی FTO جهت لایه نشانی به روش دکتر بلید. 46شکل 3‑3روش دکتر بلید نانو ذرات TiO2. 46شکل 3‑4نحوه ی انجام روش سیلار برای لایهنشانی نانوذرات کادمیوم سولفید. 48شکل 3‑5رنگ لایهها بعد از لایه نشانی کادمیوم سولفید. 49شکل 3‑6نحوهی آماده شدن پیش مادهی سلنیوم درون حمام آب... 49شکل 3‑7تصویر تغییر رنگ پیش ماده سلنیوم به محلولی بی رنگ.... 50شکل 3‑8لایه های CdS درون پیش ماده سلنیوم قرار گرفت... 51شکل 3‑9روش سیلار برای لایه نشانی لایه روی سولفید بر روی آندها را نشان میدهد. 52شکل 3‑10تغییر رنگ در اثر لایه نشانی روی سولفید را نشان می دهد. 52شکل 3‑11 نحوی سیلار پی در پی مس سولفید و سرب سولفید. 54شکل 3‑12.نحوه ی ساخت الکترولیت پلی سولفید. 55شکل 3‑13 سلول خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی CdS و CdSe. 56شکل 3‑14 منحنی جریان – ولتاژ57شکل 3‑15. مدار الکتریکی معادل مورد استفاده در مدل کردن امپدانس سلول های خورشیدی.. 61شکل 3‑16. نمودار امپدانس.... 61شکل 4‑1 .تصویر SEM از نانوذرات تیتانیوم اکسید شفاف که بر روی FTO لایه نشانی شده است.65شکل 4‑2 . تصویر SEM نانو ذرات TiO2 شفاف که با نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید / کادمیوم سلناید /روی سولفید حساس شدهاند.65شکل 4‑3 . تصویر SEM از الکترود آند شامل 2 لایه نانوذرات TiO2 و یک لایه نانوذرات با ابعاد 250-400 نانومتری TiO2 که به روش دکتر بلید روی FTO لایه نشانی شدند و نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید / کادمیوم سلناید / روی سولفید که روی سطح این ذرات جذب شدند.66شکل 4‑4 . نمودار طیف عبوری لایههای TiO2 ، TiO2/CdS و TiO2/CdS/CdSe/ZnS که بر روی FTO را نشانده شده اند.67شکل 4‑5 . تصویر SEM از لایه ی مس سولفید که با پوشش 6 دوره سیلار بر روی FTO لایه نشانی شده است.68شکل 4‑6 . تصویر SEM از لایهی سرب سولفید که با پوشش 6 دوره سیلار بر روی FTO لایه نشانی شده است.69شکل 4‑7 . تصویر SEM از لایه نانوکامپوزیتی CuS/PbS/…/CUS/PbS با 8 دوره لایه نشانی پی در پی به روش سیلار بر روی FTO لایه نشانی شده است.70شکل 4‑8 . شمای کلی از 5 نوع کاتد ساخته شده را نشان میدهد.72شکل 4‑9. منحنی جریان – ولتاژ سلول ها با کاتدهای متفاوت مس سولفید و سرب سولفید و نانو کامپوزیت این کاتدها72شکل 4‑10 . منحنی جریان – ولتاژ سلول ها با کاتدهای متفاوت مس سولفید ، سرب سولفید و نانوکامپوزیت های آن ها در تاریکی.. 74شکل 4‑11 . منحنی جریان – ولتاژ سلول های ساخته شده با کاتدهای نانو کامپوزیتی مس سولفید /سرب سولفید با تعداد سیکل سیلار مختلف... 75شکل 4‑12 . منحنی جریان – ولتاژ در تاریکی سلول های ساخته شده از کاتدهای نانو کامپوزیتی مس سولفید/ سرب سولفید در تعداد سیکل های سیلار مختلف... 75شکل 4‑13 . منحنی جریان – ولتاژ (در روشنایی) سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتد های نانو کامپوزیتی.. 77شکل 4‑14 . منحنی جریان – ولتاژ (در تاریکی) سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتد های نانو کامپوزیتی.. 78شکل 4‑15 . منحنی افت ولتاژ مدار باز با زمان (در روشنایی) سلول های ساخته شده با افزایش تعداد سیکل های سیلار کاتد های نانو کامپوزیتی.. 78شکل 4‑16 . نمودار نوعی که در آنالیز امپدانس سلول با آن مدل شده است.79شکل 4‑17 . منحنی جریان – ولتاژ تاریک و بررسی اثر کاتدهای ترکیبی.. 80شکل 4‑18 . منحنی جریان-ولتاژ در روشنایی سلول های ساخته شده با کاتد گرافن/سرب سولفید باافزایش تعداد دفعات لایه نشانی چرخشی گرافن.. 82شکل 4‑19 . منحنی جریان – ولتاژ در روشنایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها85شکل 4‑20 . منحنی جریان – ولتاژ در تاریکی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها86شکل 4‑21 . منحنی افت ولتاژ مدار باز با زمان در روشنایی سلول های ساخته شده بر پایه کاتد گرافن و ترکیب گرافن با دیگر نانوکامپوزیت ها87شکل 4‑22 . منحنی جریان – ولتاژ (در روشنایی )سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن.. 89شکل 4‑23 . منحنی جریان – ولتاژ (در تاریکی )سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن.90شکل 4‑24 . منحنی افت ولتاژ مدار باز در زمان برای سلول های ساخته شده با کاتد های نانو کامپوزیتی و ترکیب این کاتد ها با گرافن.. 91 در این تحقیق به ساخت و مشخصه یابی سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومیپرداخته شده است. برای ساخت آند در این سلول ها معمولاً از نانوذرات تیتانیوم اکسید(TiO2) استفاده می شود که بر روی زیر لایههای شفاف و رسانای اکسید قلع آلاییده شده با فلوئور[1] پوشش داده میشوند. در این جا جهت حساسسازی فوتوآندها از نقاط کوانتومی کادمیوم سولفید و کادمیوم سلنید استفاده میشود. تا به حال کاتدهای مختلفی برای این سلول ها به کار رفته است. در این پژوهش به بررسی کاتدهای مس سولفید و سرب سولفید و مقایسهی آنها پرداخته شده است و بعد از آن روشی جدید تحت عنوان روش لایه نشانی دورهای برای ساخت نانو کامپوزیت مس سولفید/سرب سولفید به عنوان کاتدی مؤثر در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی با بازدهی بالا معرفی شده است. در این روش کاتدها به روش پوشش پی در پی لایه های مس سولفید و سرب سولفید بر روی شیشههای FTOبا روش جذب و واکنش پی در پی یونی (سیلار )[2] ساخته شدند. با استفاده از کاتد نانو کامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید بازدهی نسبتاً خوبی برای این سلولها به دست آمد که این بازدهی قابل قیاس با کاتد موثر و بهینه شده مس سولفید در سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی میباشد.خواص فوتوولتایی این سلولها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسیها نشان داد که بازدهی این سلولها در مقایسه با کاتدهای مس سولفید و سرب سولفید به ترتیب بیش از2 و 3 برابر افزایش یافته است. پس از معرفی این روش به عنوان روشی نوین در ساخت کاتدهای نانو کامپوزیتی به بهینه کردن این کاتدها و بهینه کردن تعداد سیکلهای سیلار مس سولفید/سرب سولفید پرداخته شده است. در ادامه به منظور افزایش بازدهی و بهینه کردن عملکرد این سلول ها صفحات گرافن نیز به عنوان کاتد مورد استفاده قرار گرفت ،صفحات گرافنی به علت دارا بودن ساختار دو بعدی دارای سطح موثر بالا هستند. گرافن همچنین دارای رسانایی الکتریکی قابل مقایسه با فلزات میباشد. با توجه به سطح موثر مناسب و رسانایی قابل توجه، انتظار میرود کاتدهای متشکل از صفحات گرافنی، خواص کاتالیستی مناسبی در حضور الکترولیت مورد استفاده در سلول های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی نشان دهند.بنابراین با توجه به مزایای ذکر شده برای گرافن؛ در این پژوهش به بررسی خواص فوتوولتائیک این سلول ها و تحلیل کارکرد گرافن به عنوان کاتد در این سلولها پرداخته شده است. همچنین نتایج مناسبی که از کاتدهای نانوکامپوزیتی مس سولفید/سرب سولفید در این تحقیق گرفته شده است، منجر به تلفیق این دو کاتد و ارائهی کاتدی ترکیبی از آنها شده است؛ که در اینجا به طور کامل به بررسی و مشخصه یابی خواص فوتوولتایی آنها پرداخته شده است. کنترل گرمایش جهانی و جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای کرهی زمین یکی از موضوعات چالش برانگیز قرن بیست و یکم میباشد. محدود کردن افزایش دمای کره زمین در حد 2 درجه سانتی گراد به نحوهی استفاده از سوختهای فسیلی بستگی دارد، زیرا گازهای ناشی از سوختهای فسیلی به خصوص گاز دی اکسید کربن (CO2) مانع از تبادل حرارتی جو زمین با خارج شده و گرما داخل جو محبوس میشود به همین دلیل این شرایط به فرآیند تولید گازهای گلخانهای شهرت یافته که افزایش آب و هوای زمین را در پی داشته است. بالا رفتن دمای کره زمین باعث بروز تغییر در آب و هوا میشود. بخش اعظم انتشار این گازها ناشی از استفادهی بیرویهی منابع انرژی فسیلی از جمله زغال سنگ، نفت و گاز توسط کشورهای توسعه یافته و صنعتی میباشد. این منابع اولیهی انرژی نه تنها باعث تغییرات آب وهوا بلکه سلامت انسان و اکوسیستم را نیز در معرض خطر قرار میدهد. از سوی دیگر منابع انرژی جهان محدود هستند و به طور یکنواختی توزیع نشدهاند. همهی اینها باعث میشود بشر به سمت منابع تجدید پذیر انرژی از جمله آب، باد، بیومس [3] و انرژی خورشیدی سوق یابد.در حالی که منابع انرژی در آینده میبایست ترکیبی از این منابع باشد، انرژی خورشیدی به تنهایی 10000 برابر مصرف روزانهی سیارهی ما را تأمین می کند. خورشید معادل 1024×3 ژول انرژی در سال به سیارهی ما میدهد، بنابراین با پوشش دادن تنها % 1/0 از سطح زمین با سلولهای خورشیدی با بازدهی % 10 نیاز فعلی بشر به انرژی تأمین می شود، اما استفادهی گسترده از این نوع انرژی نیازمند تکنولوژی برتر و تخمین صرفه اقتصادی میباشد.البته انرژی خورشیدی با محدودیتهایی نیز رو به رو است از جمله غیر پیوسته بودن و پراکندگی این منبع؛ زیرا حرکت زمین موجب عدم تداوم نور خورشید در 24 ساعت شبانه روز میباشد، همچنین نقاط جغرافیایی مختلف به یک میزان از این انرژی بهره نمیبرند مثلاً در کشورهایی مانند فنلاند و سوئد که آفتابگیر نیستند، این انرژی غیر کاربردی میشود. علاوه بر این ذخیرهسازی و انتقال انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ مستلزم سرمایهگذاری وسیعتر میباشد.بهرهبرداری از این انرژی نیازمند رسیدن به تکنولوژی و صنعت فوتوولتائیک که تولیدکنندهی انواع سلولهای فوتوولتائیک است، میباشد. این سلولها تبدیلکنندهی مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی هستند. این سلولها به دلیل عدم نیاز به اجزای متحرک؛ هزینهی نگهداری پایینی دارند و به همین دلیل جهت کاربردهای بلند مدت مورد توجه قرار گرفتهاند.امروزه صنعت از سلولهای نیمه هادی فوتولتائیک در محصولات مصرفی مانند: ساعتهای خورشیدی، ماشین حسابها، اسباببازیها و غیره یا مونتاژ شدهی این سلولها در ماژولهای خورشیدی استفاده میکند. سلولهای خورشیدی فوتوولتائیک بسته به نوع تکنولوژی به کار برده شده در ساختشان به سه نسل تقسیم میشوند:نسل اول: رایجترین سلولهایی هستند که در مصارف صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار میگیرند و از ویفرهای سیلیکونی تک کریستالی و چند کریستالی ساخته میشوند که حدود % 85 از سهم بازار را به خود اختصاص دادهاند. خلوص بالای کریستال های سیلیکون مورد نیاز و همچنین دمای بالا هنگام ساخت و مقادیر زیاد ماده مورد نیاز جهت ساخت این سلولها پارامترهای تعیین کننده در تخمین هزینهی این سلولها هستند. بازده این سلولها به شدت به زاویهی تابش نور فرودی وابسته است بنابراین در تولیدات تجاری علاوه بر بازده، هزینه نصب و نگهداری پنلها هم مهم است و همهی عوامل باید با هم بهینه شوند. هم اکنون شرکتهای تجاری در راستای کاهش هزینه تمام شده به کمتر از 1 دلار به ازای هر وات و تولید پنلهای سبکتر و انعطافپذیرتر حرکت می کنند.نسل دوم: به علت هزینهی ساخت بالا، ویفرهای سیلیکونی به سرعت با سلولهای نسل دوم جایگزین شدند. این سلولها بر اساس تکنولوژی فیلمهای لایه نازک میباشند که بر پایهی سیلیکون آمورف، کادمیوم تلوراید (CdTe)،مس ایندیم سلنید(CIS) و مس ایندیم گالیم سلنید(CIGS) ساخته میشوند که معمولاً بین یک زیر لایهی شفاف رسانا و الکترود کاتد پوشش داده میشوند. این سلولها % 15 بازار تجاری را شامل میشود.حد ترمودینامیکی بازدهی تبدیل نور به الکتریسیته برای سلولهای فوتوولتائیک با تک پیوند p-n (نسل اول و دوم) تحت تابش استاندارد AM1.5 G برابر % 9/32 میباشد. که این حد ، حد شاکلی کوئیزر [4] نامیده میشود که از این واقعیت سرچشمه میگیرد که فوتونهایی با انرژی کمتر از شکاف انرژی جذب نمیشوند و فوتونهایی با انرژی بالاتر از شکاف انرژی، انرژی اضافه (Ephoton-Egap) را به صورت گرما ساطع میکنند.نسل سوم : سلولهای خورشیدی نسل سوم با هدف افزایش بازدهی بالاتر از حد شکلی-کوئیزر به موازات پیشرفتهای لایه نازک مورد توجه قرار گرفتند. به این منظور از مفاهیم و رویکردهای علمی از جمله: سلولهای چند پیوندی، مبدلهای اپتیکی، تولید چندین حامل بار توسط اثر یونیزاسیون و وارد کردن ناخالصی در ساختار استفاده کردند. بازدهی بالاتر از % 40 برای سلولهای چند پیوندی با استفاده از متمرکز کردن نور خورشید گزارش شده است.سلول های خورشیدی رنگدانهای(DSSCs) [5]و سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی (QDSSCs)[6]و همچنین سلولهای پلیمری جزء سلولهای نسل سوم هستند که در ادامه به تفسیر آنها می پردازیم. [1] .Fluorine Doped Tin Oxide (FTO)[2] .Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR).[3] .Bio Mass[4] . Shockley–Queisser[5] .Dye Sensitized Solar Cells.[6] .Quantum Dot Sensitize Solar Cells.