نوقشت في قسم الفيزياء أطروحة دكتوراه للطالب محمد سامي عبد علي خضير وهي جزء من متطلبات نيل درجة دكتوراه فلسفة في علوم الفيزياء عنوان الرسالة تحضير بولي أنيلين /أنابيب الكاربون النانوية وتطبيقات أغشيته الرقيقة في الخلايا الشمسية وبأشراف أ.د. رحيم كعيد كاظم حسين أ.م.د. محمد هادي شنين عبد علي يوم الاثنين المصادف 25/9/2017.
في هذه الدراسة تم تحضير البولي أنيلين بطريقة بلمرة الإضافة . وتم استخدام الانيلين هايدرو كلورايد مع بيرسلفت الامونيوم , حيث تم تفاعلهما معا لإنتاج البولي أنيلين . ومن ثم تم تشويب البوليمر بأنابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران بالنسب ( 1% , 3% , 5% ) وتحضير أغشية رقيقة منهما , على قواعد من الزجاج والسليكون عند درجة حرارة الغرفة . اطهرت نتائج حيود الأشعة السينية ان الأغشية المحضرة هي ذات تركيب عشوائي , وان التشويب لم يؤثر على تركيب البولي أنيلين كما تم تشخيص البوليمر المحضر والأغشية المحضرة منه بواسطة طيف الأشعة تحت الحمراء لمعرفة المجاميع الفعالة للاواصر الكيميائية , أظهرت نتائج التحليل أن البوليمر المحضر هو بولي أنيلين حيث تم مقارنة النتائج وكانت مطابقة للمادة الأصلية . وتبين من الفحص أيضا أن التشويب لم يؤثر على خصائص البوليمر وان المادتين كان حضورهما معا و تم فحص طبوغرافية السطح للأغشية الرقيقة باستخدام تقنية مجهر القوة الذرية ( AFM) , واطهرت النتائج أن جميع الأغشية المحضرة ذات تجانس جيد وان معدل الخشونة و قيم مربع معدل الجذر ( RMS ) ومعدل الحجم الحبيبي تزداد مع زيادة التشويب بانبيب الكاربون النانوية (MWCNTS ) .
تم دراسة الخصائص البصرية من خلال قياس طيف النفاذية كدالة للطول ألموجي في مدى الطول ألموجي ( 110 – 200 نانو متر ). أظهرت النتائج أن قيم الامتصاصية ومعامل الانكسار للأغشية النقية والمشوبة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وكذلك زيادة معامل الامتصاص مع زيادة نسبة التشويب وان فجوة الطاقة تقل مع زيادة نسبة التشويب مما يجعل المادة مناسبة لاستخدامها في تطبيقات الخلايا الشمسية .
بالإضافة إلى ذلك تم دراسة الخصائص الكهربائية والمتضمنة التوصيلية الكهربائية المستمرة وقياسات هول . أظهرت النتائج أن التوصيلية الكهربائية تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان المادة تمتلك طاقة تنشيط واحدة تقل مع زيادة نسبة التشويب , كما وأظهرت نتائج قياسات تأثير هول ان المادة هي من النوع الموجب P-type .
وكتطبيق عملي على استخدامات المادة تم تصنيع من أغشية المادة النقية والمشوبة خلية شمسية . وتم دراسة كفاءة هذه الخلية حيث أظهرت النتائج ان الكفاءة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان كفاءة الخلية الشمسية ولجميع النسب تكون ثابتة ولا تتأثر بتغير العامل الزمني حيث قيست الكفاءة لثلاثة أشهر مختلفة باختلاف درجات الحرارة .
تم تحضير المفرق الهجين ( PANI:MWCNTS/Si ) بتراكيز مختلفة.أظهرت خصائص ( التيار – الجهد ) للخلية الشمسية بان التشويب بأنابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران يزيد من كفاءة الخلية الشمسية بواسطة عرقلة اتحاد الإلكترون مع الفجوة وزيادة أداء النبطية بسبب الزيادة العالية في تيار دائرة القصيرة ( Isc ) وفولتية الدائرة المفتوحة ( Voc) وقد وجد أن أعظم كفاءة كانت عند نسبة التشويب (% 5) وكانت قيمتها ( 5.7%) . كما وتم قياس الكفاءة مع تغير العامل الزمني لمعرفة مدى استقرارية كفاءة الخلية حيث تم قياس الكفاءة لثلاثة أشهر مختلفة ( 10 و2 و 12 ) وقد وجد أن تغير الزمني لايؤثر على كفاءة الخلية الشمسية . كما وتم استخدام شداة متغيرة حيث قيست الكفاءة وبقية المتغيرات للشداة ( W/cm2100 و50 و25 ) , وتبين أن كفاءة الخلية الشمسية تزداد مع نقصان شدة الضوء الساقط .
امال عباس عبيد / اعلام الكلية