تقدم هذه الأطروحة طريقة نظرية تُستخدم لدراسة وحساب كثافة التيار لتحسين كفاءة واجهة أشباه الموصلات الصبغية. تعتمد هذه الطريقة على فهم حركية نقل الإلكترونات عند واجهة الصبغة المُحسَّسة الملامسة لأشباه الموصلات، كما تُقدِّم حساب ودراسة كفاءة الخلايا الشمسية المُحسَّسة بالصبغة (DSSCs). تُقدِّم هذه الأطروحة سيناريو كموميّ للمانح والمستقبل، حيث تُقدَّم دراسة عالية المستوى باستخدام نظرية الكم لجزيء صبغة D102 الملامس لأشباه موصلات أكسيد الزنك (ZnO) استنادًا إلى خلايا DSSCs. وقد استُخدم النهج النظري بنجاح لحساب عامل التعبئة (FF)، وتعتمد الكفاءة على الاشتقاق النظري لمعادلة كثافة التيار.
في هذه الدراسة، تمَّ دراسة الصبغة العضوية D102 كمكونات فردية، وتمَّت محاكاة كفاءة الخلايا الشمسية بناءً على ديناميكيات عمليات نقل الإلكترونات. أُجريت دراسة على ثلاثة مذيبات، وهي البيوتانول والإيثانول والأسيتونتريل، للخلية الشمسية D102-ZnO في ظروف الغرفة. بناءً على المنهج النظري، أظهرت جزيئات الصبغة المُحسَّسة D102 والملامسة لأشباه موصلات ZnO انتقالًا للشحنة من جزيئات الصبغة المُثارة إلى حالة المُستقبِل الإلكتروني في أشباه موصلات ZnO في ثلاثة مذيبات. قُيِّمت طاقات إعادة تنظيم مُعطي D102 ومُستقبِل ZnO باستخدام نموذج السيناريو الكمي لنظام المُعطي-المستقبِل عند مستوى الطاقة المستمر المُفترض. تمت دراسة تأثير التركيزات وقوة الاقتران وطاقة إعادة التنظيم على التيار المتغير وكثافة التيار وأداء الخلايا الشمسية المصبوغة بصبغة ZnO (DSSCs) (D102). تم استخدام خصائص J-V المقدرة لتقييم عامل التعبئة وكفاءة D102-ZnO DSSCs من حيث كثافة التيار والجهد. تأثرت كفاءة الخلايا الشمسية D102-ZnO بشكل كبير بزيادة تركيز الناقل وقوة الاقتران الناتجة عن آلية عملية نقل الشحنة. علاوة على ذلك، يمكن أن تختلف الكفاءة نتيجة لزيادة طاقة إعادة التنظيم. تختلف كثافة التيار وقوة الاقتران وكفاءة إعادة تنظيم الطاقة للأنظمة الثلاثة. تكون كثافة تيار صبغة D102 عند ملامستها للخلية الشمسية ZnO مع الإيثانول والأسيتونيتريل أعلى من كثافة البيوتانول، وتظهر كفاءة الخلية الشمسية D102-ZnO مع الإيثانول أعلى كفاءة.
