سنتز نقاط کوانتومی کربنی با عصاره مرکبات به منظور افزایش بازدهی سلول های خورشیدی با کاربرد در شناورهای دریایی

قرائتی, عبدالرسول; به آیین, سید سعید

سنتز نقاط کوانتومی کربنی با عصاره مرکبات به منظور افزایش بازدهی سلول های خورشیدی با کاربرد در شناورهای دریایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

عبدالرسول قرائتی ¹

سید سعید به آیین ²

¹ گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

² گروه فیزیک،دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

نقاط کوانتومی کربنی، به دلیل سنتز ساده، زیست سازگاری، انتشار نور قابل تنظیم و انتقال طول موج های ماورای بنفش به طیف مرئی دارای کاربردهای فراوانی در سیستم های اپتوالکترونیکی می باشد. بنابراین در این مقاله، ابتدا با استفاده از روش گرمابی و سیستم اتوکلاو، نقاط کوانتومی کربنی از عصاره طبیعی مرکبات سنتز گردید. سپس با استفاده از روش های مشخصه یابی پراش پرتو ایکس، آنالیز پراکندگی نور ، میکروسکوپ عبوری گسیل میدانی ، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس ، طیف سنجی نور فرابنفش-مرئی و طیف سنجی فوتولومینسانس، ساختار نقاط کوانتومی کربنی سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد ابعاد نقاط کوانتومی کربنی در محدوده 10 تا 50 نانومتر بوده که به دلیل ویژگی محدودیت کوانتومی در این مقیاس و ایجاد نوار باند ممنوعه انرژی متفاوت، امکان جذب طول موج های مختلف نوری فراهم شده که باعث افزایش بازدهی سلول های خورشیدی می شود. با توجه به گستردگی تنوع طیف نور خورشید به ویژه در محدوده امواج نور مرئی در سطح دریا و زمان نسبتا طولانی تابش نور خورشید، امکان استفاده بیشتر از این نوع سلول های خورشیدی در شناورهای دریایی فراهم می شود.

کلیدواژه‌ها

سلول خورشیدی

نقاط کوانتومی کربنی

عصاره مرکبات

روش گرمابی

20.1001.1.24767131.1401.8.2.12.2

موضوعات

ناوبری

عنوان مقاله English

Synthesis of carbon quantum dots with citrus extract in order to increase the efficiency of solar cells of marine vessels.

نویسندگان English

Abdolrasool Gharati ¹

Seyed Saeed Behaein ²

¹ Physics Department , Payame Noor University, Tehran, Iran

² Physics Department , Payame Noor University, Tehran, Iran

چکیده English

Carbon quantum dots have many applications in optoelectronic systems due to their simple synthesis, biocompatibility, adjustable light emission, and transmission of ultraviolet wavelengths to the visible spectrum. Therefore, in this article, carbon quantum dots were synthesized from natural citrus extract using hydrothermal method and autoclave system. Then, using X-ray diffraction characterization methods, light scattering analysis, field emission transmission microscope, X-ray energy diffraction spectroscopy, ultraviolet-visible light spectroscopy and photoluminescence spectroscopy, the structure of synthesized carbon quantum dots was investigated. The results show that the dimensions of carbon quantum dots are in the range of 10 to 50 nm Due to the feature of quantum limitation in this scale and the creation of different energy forbidden bands, it is possible to absorb different wavelengths of light, which increases the efficiency of solar cells. Due to the wide variety of the sunlight spectrum, especially in the range of visible light waves on the sea surface and the relatively long time of sunlight, it is possible to use more of this type of solar cells in marine vessels.

کلیدواژه‌ها English

Solar cell

carbon quantum dots

hydrothermal method

[1] Tan R, Duru O, Thepsithar P. Assessment of relative fuel cost for dual fuel marine engines along major Asian container shipping routes. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review. 2020 Aug 1;140:102004.

[2] Karatuğ Ç, Durmuşoğlu Y. Design of a solar photovoltaic system for a Ro-Ro ship and estimation of performance analysis: A case study. Solar Energy. 2020 Sep 1;207:1259-68.

[3] Pan P, Sun Y, Yuan C, Yan X, Tang X. Research progress on ship power systems integrated with new energy sources: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021 Jul 1;144:111048.

[4] Huang M, He W, Incecik A, Cichon A, Królczyk G, Li Z. Renewable energy storage and sustainable design of hybrid energy powered ships: A case study. Journal of Energy Storage. 2021 Nov 1;43:103266.

[5] Li Z, Xu X, Sheng X, Lin P, Tang J, Pan L, Kaneti YV, Yang T, Yamauchi Y. Solar-powered sustainable water production: state-of-the-art technologies for sunlight–energy–water nexus. ACS nano. 2021 Jul 19;15(8):12535-66.

[6] Mokhtari M. Evaluation of optimal absorption of solar energy to supply electric energy to urban settlements in line with the sustainable development of Shiraz city. InInternational Conference on Civil, Architecture, Development and Reconstruction of Urban Infrastructure in Iran 2020.

[7] Ahmad FA. Valuation of solar power generating potential in Iran desert areas. Journal of Applied Sciences and Environmental Management. 2018 Jul 12;22(6):967-72.

[8] Kim MR, Ma D. Quantum-dot-based solar cells: recent advances, strategies, and challenges. The journal of physical chemistry letters. 2015 Jan 2;6(1):85-99.

[9] Lim SY, Shen W, Gao Z. Carbon quantum dots and their applications. Chemical Society Reviews. 2015;44(1):362-81.

[10] Zhou W, Coleman JJ. Semiconductor quantum dots. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2016 Dec 1;20(6):352-60.

[11] Frasco MF, Chaniotakis N. Semiconductor quantum dots in chemical sensors and biosensors. Sensors. 2009 Sep 10;9(9):7266-86.

[12] Jin S, Hu Y, Gu Z, Liu L, Wu HC. Application of quantum dots in biological imaging. Journal of nanomaterials. 2011 Jan 1;2011:1-3.

[13] Alavi M, Jabari E, Jabbari E. Functionalized carbon-based nanomaterials and quantum dots with antibacterial activity: a review. Expert Review of Anti-infective Therapy. 2021 Jan 2;19(1):35-44.

[14] Sharma K, Raizada P, Hasija V, Singh P, Bajpai A, Nguyen VH, Rangabhashiyam S, Kumar P, Nadda AK, Kim SY, Varma RS. ZnS-based quantum dots as photocatalysts for water purification. Journal of Water Process Engineering. 2021 Oct 1;43:102217.

[15] Molaei MJ. The optical properties and solar energy conversion applications of carbon quantum dots: A review. Solar Energy. 2020 Jan 15;196:549-66.

[16] Lim SY, Shen W, Gao Z. Carbon quantum dots and their applications. Chemical Society Reviews. 2015;44(1):362-81.

[17] Lim SY, Shen W, Gao Z. Carbon quantum dots and their applications. Chemical Society Reviews. 2015;44(1):362-81.

[18] Tungare K, Bhori M, Racherla KS, Sawant S. Synthesis, characterization and biocompatibility studies of carbon quantum dots from Phoenix dactylifera. 3 Biotech. 2020 Dec;10(12):540.

[19] Dua S, Kumar P, Pani B, Kaur A, Khanna M, Bhatt G. Stability of carbon quantum dots: a critical review. RSC advances. 2023;13(20):13845-61.

[20] Shang W, Cai T, Zhang Y, Liu D, Liu S. Facile one pot pyrolysis synthesis of carbon quantum dots and graphene oxide nanomaterials: All carbon hybrids as eco-environmental lubricants for low friction and remarkable wear-resistance. Tribology International. 2018 Feb 1;118:373-80.

[21] Lim SY, Shen W, Gao Z. Carbon quantum dots and their applications. Chemical Society Reviews. 2015;44(1):362-81.

[22] Rocco D, Moldoveanu VG, Feroci M, Bortolami M, Vetica F. Electrochemical Synthesis of Carbon Quantum Dots. ChemElectroChem. 2023 Feb 1;10(3):e202201104.

[23] Xie Y, Zheng J, Wang Y, Wang J, Yang Y, Liu X, Chen Y. One-step hydrothermal synthesis of fluorescence carbon quantum dots with high product yield and quantum yield. Nanotechnology. 2019 Jan 2;30(8):085406.

[24] Yushan L, Wei L, Peng W, Shouxin L. Preparation and applications of Carbon Quantum Dots prepared via hydrothermal carbonization method. Progress in Chemistry. 2018 Apr 15;30(4):349.

[25] Hasan MR, Saha N, Quaid T, Reza MT. Formation of carbon quantum dots via hydrothermal carbonization: Investigate the effect of precursors. Energies. 2021 Feb 13;14(4):986.

[26] Sarkar S, Banerjee D, Ghorai UK, Das NS, Chattopadhyay KK. Size dependent photoluminescence property of hydrothermally synthesized crystalline carbon quantum dots. Journal of Luminescence. 2016 Oct 1;178:314-23.

[27] Gomes MF, Gomes YF, Lopes-Moriyama A, de Barros Neto EL, de Souza CP. Design of carbon quantum dots via hydrothermal carbonization synthesis from renewable precursors. Biomass Conversion and Biorefinery. 2019 Dec;9:689-94.

[28] Singh H, Bamrah A, Khatri M, Bhardwaj N. One-pot hydrothermal synthesis and characterization of carbon quantum dots (CQDs). Materials Today: Proceedings. 2020 Jan 1;28:1891-4.