اثر همیاری بین رنگ‌های استخراج شده از گلبرگ و پرچم گل زعفران برای حساس‌سازی نانوذرات TiO2 جهت به دام‌انداختن نور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکتری، آزمایشگاه تحقیقاتی توسعه نانومواد جهت حفاظت محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

2 دانشیار، گروه شیمی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

3 استاد، گروه شیمی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

چکیده

سل‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ، نسل سوم سل‌های خورشیدی می‌باشند که کاربرد روزافزونی به عنوان سل فوتوولتاییک پیدا کرده‌اند. یکی از معضلات این سل‌ها گرانی و سمی بودن رنگ‌های سنتزی است که به عنوان حساس‌کننده در این سل‌ها به کار می‌روند. یکی از راه‌های غلبه بر این مشکل استفاده از رنگ دانه‌های طبیعی است. در این تحقیق، رنگ‌های طبیعی از پرچم و گلبرگ زعفران استخراج شده و به عنوان حساس‌کننده نوری مورد استفاده قرار گرفتند. مطالعات طیف‌سنجی نشان‌داد که جذب رنگ‌های پرچم و گلبرگ، فاصله نوارهای انرژی آناتاز را به 4/2 و 8/1 الکترون ولت کاهش می‌دهد.  همچنین، مشخص شد که برای سلولی که توسط مخلوطی از رنگ‌های استخراج شده حساس شده است، یک راندمان تبدیل انرژی (η) معادل 51/0% بدست آمد که حدود 46٪ بیشتر از راندمانی است که با برهم‌نهی خطی سلول‌های حساس‌شده توسط رنگ‌های استخراج شده از پرچم (22/0%) و گلبرگ (13/0%)، به صورت جداگانه به دست می‌آید. این نشان می‌دهد که حساس‌سازی هم‌زمان رنگ‌های مخلوط شامل یک اثر هم‌افزایی در انتقال انرژی سل‌های خورشیدی مزومتخلخل TiO2 حساس شده با رنگ است. همچنین، مطالعات طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که طول عمر الکترون تحریک شده در مخلوط رنگ‌های استخراج شده از گلبرگ و پرچم زعفران، بیشتر از طول عمر این الکترون در هر کدام از رنگ‌های استخراج شده از پرچم و یا گلبرگ به تنهایی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


Alinejad, M., Buraidah, M. H., Teo, L. P., & Arof, A. K. (2023). Saffron dye-sensitized solar cells with polyvinyl alcohol based gel polymer electrolytes. Optical and Quantum Electronics, 55(9), 804. https://doi.org/10.1007/s11082-023-05078-z
Arof, A. K., Mat Nor, N. A., Ramli, N. R., Aziz, N., Noor, I. M., & Taha, R. M. (2017). Utilization of saffron (Crocus sativus L.) as sensitizer in dye-sensitized solar cells (DSSCs). Optical and Quantum Electronics, 49(1). https://doi.org/10.1007/s11082-016-0882-6
Babu, D. D., Gachumale, S. R., Anandan, S., & Adhikari, A. V. (2015). New D-π-A type indole based chromogens for DSSC: Design, synthesis and performance studies. Dyes and Pigments, 112, 183–191. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2014.07.006
Bathaie, S., Farajzade, A., & Hoshyar, R. (2014). A review of the chemistry and uses of crocins and crocetin, the carotenoid natural dyes in saffron, with particular emphasis on applications as colorants including their use as biological stains. Biotechnic & Histochemistry, 89(6), 401–411. https://doi.org/10.3109/10520295.2014.890741
Bisquert, J. (2002). Theory of the Impedance of Electron Diffusion and Recombination in a Thin Layer. The Journal of Physical Chemistry B, 106(2), 325–333. https://doi.org/10.1021/jp011941g
Bisquert, J., Fabregat-Santiago, F., Mora-Seró, I., Garcia-Belmonte, G., & Giménez, S. (2009). Electron Lifetime in Dye-Sensitized Solar Cells: Theory and Interpretation of Measurements. The Journal of Physical Chemistry C, 113(40), 17278–17290. https://doi.org/10.1021/jp9037649
Dambhare, M. V., Butey, B., & Moharil, S. V. (2021). Solar photovoltaic technology: A review of different types of solar cells and its future trends. Journal of Physics: Conference Series, 1913(1). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1913/1/012053
De Angelis, F., Fantacci, S., Selloni, A., Grätzel, M., & Nazeeruddin, M. K. (2007). Influence of the Sensitizer Adsorption Mode on the Open-Circuit Potential of Dye-Sensitized Solar Cells. Nano Letters, 7(10), 3189–3195. https://doi.org/10.1021/nl071835b
Dehghani Bidgoli, R., Salary, A., & Bashiri, M. (2018). Effect of Irrigation Regimes on Phenolic Compounds and Antioxidant Activity of Saffron Stigma Extract. Journal of Saffron Research, 7, 109–122. [In Persian]
González-Pedro, V., Shen, Q., Jovanovski, V., Giménez, S., Tena-Zaera, R., Toyoda, T., & Mora-Seró, I. (2013). Ultrafast characterization of the electron injection from CdSe quantum dots and dye N719 co-sensitizers into TiO2 using sulfide based ionic liquid for enhanced long term stability. Electrochimica Acta, 100, 35–43. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.119
Hagfeldt, A., Boschloo, G., Sun, L., Kloo, L., & Pettersson, H. (2010). Dye-Sensitized Solar Cells. Chemical Reviews, 110(11), 6595–6663. https://doi.org/10.1021/cr900356p
Hossein Goli, S. A., Mokhtari, F., & Rahimmalek, M. (2012). Phenolic Compounds and Antioxidant Activity from Saffron (Crocus sativus L.) Petal. Journal of Agricultural Science, 4(10), 175–181. https://doi.org/10.5539/jas.v4n10p175
Hosseinpanahi, K., Abbaspour-Fard, M. H., Feizy, J., & Golzarian, M. R. (2017). Dye-Sensitized Solar Cell Using Saffron Petal Extract as a Novel Natural Sensitizer. Journal of Solar Energy Engineering, Transactions of the ASME, 139(2), 1–5. https://doi.org/10.1115/1.4034908
Hosseinzadeh, H., Motamedshariaty, V., & Hadizadeh, F. (2007). Antidepressant effect of kaempferol, a constituent of saffron (Crocus sativus) petal, in mice and rats. Pharmacologyonline, 2, 367–370.
Hosseinzadeh, M., & Moudi, M. (2022). Overview of Effective Saffron Compounds and Its Reactions on Neurodegenerative Diseases of Nervous System. Journal of Saffron Research, 10(2), 258–275. [In Persian]
Hug, H., Bader, M., Mair, P., & Glatzel, T. (2014). Biophotovoltaics: Natural pigments in dye-sensitized solar cells. Applied Energy, 115, 216–225. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.10.055
Kandjani, S. A., Chan, S. W., Barille, R., Dabos-Seignon, S., & Nunzi, J. M. (2007). Linear and nonlinear holographic gratings in saffron. Nonlinear Optics Quantum Optics, 36(3–4), 195–205.
Khalili, M., Abedi, M., & Amoli, H. S. (2017). Influence of saffron carotenoids and mulberry anthocyanins as natural sensitizers on performance of dye-sensitized solar cells. Ionics, 23(3), 779–787. https://doi.org/10.1007/s11581-016-1862-3
Kianmehr, M., & Khazdair, M. R. (2020). Possible therapeutic effects of Crocus sativus stigma and its petal flavonoid, kaempferol, on respiratory disorders. Pharmaceutical Biology, 58(1), 1140–1149. https://doi.org/10.1080/13880209.2020.1844762
Kubelka, P., & Munk, F. (1931). An article on optics of paint layers. Z. Tech. Phys., 12(1930), 593–601.
Kubo, I., & Kinst-Hori, I. (1999). Flavonols from Saffron Flower: Tyrosinase Inhibitory Activity and Inhibition Mechanism. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(10), 4121–4125. https://doi.org/10.1021/jf990201q
Li, C. Y., Lee, E. J., & Wu, T. S. (2004). Antityrosinase Principles and Constituents of the Petals of Crocus sativus. Journal of Natural Products, 67(3), 437–440. https://doi.org/10.1021/np0302854
Liu, B.-Q., Zhao, X.-P., & Luo, W. (2008). The synergistic effect of two photosynthetic pigments in dye-sensitized mesoporous TiO2 solar cells. Dyes and Pigments, 76(2), 327–331. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2006.09.004
Maggi, L., Carmona, M., Kelly, S. D., Marigheto, N., & Alonso, G. L. (2011). Geographical origin differentiation of saffron spice (Crocus sativus L. stigmas) – Preliminary investigation using chemical and multi-element (H, C, N) stable isotope analysis. Food Chemistry, 128(2), 543–548. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2011.03.063
Melnyk, J. P., Wang, S., & Marcone, M. F. (2010). Chemical and biological properties of the world’s most expensive spice: Saffron. Food Research International, 43(8), 1981–1989. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.07.033
O’Regan, B., & Grätzel, M. (1991). A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature, 353(6346), 737–740. https://doi.org/10.1038/353737a0
Qadir, M. M., Nissar, J., Dar, A. H., Ganaie, T. A., & Bashir, M. (2024).  Insights into phytochemistry and bioactive potential of saffron ( Crocus sativus L) petal . Future Postharvest and Food, 1(3), 300–316. https://doi.org/10.1002/fpf2.12025
Razaghizadeh, A., Rafee, V., Nakhaei, R., & Ameri, F. (2025). Effect of Silver Nanoparticles Embedding in Mesoporous TiO2 Layer on the Performance Enhancement of Dye-Sensitized Solar Cells Using Natural Dyes. Plasmonics. https://doi.org/10.1007/s11468-025-02836-5
Reddy, K. M., Manorama, S. V., & Reddy, A. R. (2003). Bandgap studies on anatase titanium dioxide nanoparticles. Materials Chemistry and Physics, 78(1), 239–245. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(02)00343-7
Ríos, J. L., Recio, M. C., Giner, R. M., & Meñez, S. (1996). An update review of saffron and its active constituents. Phytotherapy Research, 10(3), 189–193. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1573(199605)10:3<189::AID-PTR754>3.0.CO;2-C
Samira, A. (2025). Investigating the Effect of Saffron (Crocus sativus L.) and Its Active Compounds on Enhancing Sleep Quality in Adults: A Narrative Review. Journal of Saffron Research, 12(1), 168–181. http://dx.doi.org/10.22077/jsr.2025.8483.1252 [In Persian]
Seol, M., Kim, H., Kim, W., & Yong, K. (2010). Highly efficient photoelectrochemical hydrogen generation using a ZnO nanowire array and a CdSe/CdS co-sensitizer. Electrochemistry Communications, 12(10), 1416–1418. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2010.07.035
Serrano-Díaz, J., Sánchez, A. M., Maggi, L., Carmona, M., & Alonso, G. L. (2011). Synergic effect of water-soluble components on the coloring strength of saffron spice. Journal of Food Composition and Analysis, 24(6), 873–879. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2011.03.014
Shah, N., Shah, A. A., Leung, P. K., Khan, S., Sun, K., Zhu, X., & Liao, Q. (2023). A Review of Third Generation Solar Cells. Processes, 11(6). https://doi.org/10.3390/pr11061852
Tauc, J., Grigorovici, R., & Vancu, A. (1966). Optical Properties and Electronic Structure of Amorphous Germanium. Physica Status Solidi (B), 15(2), 627–637. https://doi.org/10.1002/pssb.19660150224
WINTERHALTER, P., & STRAUBINGER, M. (2000). SAFFRON—RENEWED INTEREST IN AN ANCIENT SPICE. Food Reviews International, 16(1), 39–59. https://doi.org/10.1081/FRI-100100281
Zhou, H., Wu, L., Gao, Y., & Ma, T. (2011). Dye-sensitized solar cells using 20 natural dyes as sensitizers. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 219(2–3), 188–194. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2011.02.008