Как да направим чувствителна към багрила слънчева клетка или слънчева клетка от плодов чай

Иновацията на чувствителните към багрила слънчеви клетки разшири потенциала на устройството до точката, в която може напълно да измести скъпите силициеви слънчеви клетки.

Следващата статия обяснява как можете лесно да конструирате тази универсална чувствителна към багрила слънчева клетка, използвайки съвсем обикновени материали.

Този експеримент разчита на концепцията за използване на органичното съединение в растенията, особено на органичните багрила, за да действат като донори на електрони в слънчевите клетки.

Вместо полупроводников материал силиций в слънчевата клетка, ние използвахме титанов оксид (TiO2), който също е полупроводник. Свойствата на TiO2 му позволяват да абсорбира слънчевата светлина още по-добре, ако е „сенсибилизиран“ с органична боя.

Ефективността на чувствителните към багрила слънчеви клетки е със 7% по-висока от една трета от ефективността на конвенционалните слънчеви клетки. Въпреки че това не е широко предимство, чувствителните към багрила слънчеви клетки са по-евтини поради по-опростения производствен процес в сравнение със силициевите клетки, които също са сложни.

Слънчевата клетка на бъдещето?

Въпреки че може да отнеме няколко години, за да могат сензорните сензибилизирани слънчеви клетки да бъдат търговски успешни, тя ще остане по правилния път, при условие че бъдат разрешени някои проблеми.

Първо, проблемите с дългосрочната стабилност на клетките трябва да бъдат решени, тъй като в крайна сметка кислородът го уврежда с течение на времето.

Подходящо багрило може да се извади от малини или плодов чай. Добавете няколко други компонента като стъкло с ниска емисионност (ниско Е) и титанов оксид и ще имате всички съставки за изграждане на комплекта. В този експеримент използваме чай от розов кораб за червената боя.

Необходими материали

• Листово стъкло (парчета) с тоководещ слой от едната страна. Те се предлагат в комплекти и могат да бъдат намерени онлайн. Като алтернатива можете да използвате стъкло с ниско Е, което може да бъде получено от стъкла, тъй като материалът е включен в производството на топлоизолационни прозорци. Препоръчваме да вземете две парчета с размери 5 х 2 см.
• TiO2 и полиетилен гликол. Последният е стандартна съставка в различни мехлеми, но в този експеримент той се използва за суспендиране на титановия оксид.
• Тези артикули могат да бъдат закупени от местен химик. Трябва също така да се уверите, че полиетилен гликолът има молекулно тегло 300, освен че е течен.
• Ако закупите своя комплект извън интернет, той обикновено се предлага с бяло окачване, което улеснява нещата. Със сигурност можете да знаете, че размерът на частиците на TiO2 е прецизен (приблизително 20 nm) и фино изолиран, което е изключително трудно да се получи, ако го правите сами.
• Като избелващо средство можете да включите бяла паста за зъби, Tipp-Ex, бяла боя или подобни вещества, съдържащи титанов оксид.
• В този експеримент използвахме разтвор на йод в 65% етанол като електролит. Въпреки че се представя добре, той произвежда само една трета по-голям ток от този на типичния електролит.
• Плодовият чай, използван в нашия тест, е шипка, но хибискусът също действа.
• Газова печка за къмпинг и запалка.
• Една лабораторна стойка със скоба, пръстен и екран. Функцията на екрана е да поддържа чашата по време на печене.
• Пипета, но ако нямате такава, чаена лъжичка може да се използва като заместител, като позволи на суспензията от титанов оксид да капе върху стъклото.
• Пинсети, кана, чайник, сешоар и Sellotape.
• Лист алуминиево фолио.
• Ястие на Петри или обикновена плоска купа или чиния за супа.
• Графитен молив и парче стъкло или пластмасова карта за разпространение на титановия оксид.
• Един комплект мултицет.

Как действат чувствителните към боите слънчеви клетки

Конструкцията на чувствителна към багрила слънчева клетка се състои от два плоски листа стъкло с електропроводим слой от едната страна. Проводимото покритие обикновено се прави от метален оксид.

Тръстиково покритие (приблизително 10 μm) от кристали TiO2 с размери около 20 nm, което е изпечено заедно, за да се създаде порест слой, се идентифицира между двете парчета стъкло.

След това багрилото се поставя върху това поресто покритие. В индустрията багрилото, избрано за сенсибилизираните слънчеви клетки, съдържа благороден метал рутений.

Въпреки това, естествено наличните червени багрила могат да се използват за целите на изпитването. Поради невероятно малките размери на кристалите от титанов оксид и пролуките между тях, порестата структура съдържа огромна ефективна повърхност, а багрилното покритие е забележително тънко.

Това е от решаващо значение за правилната работа, тъй като багрилото е лош електрически проводник.

В момента, в който светлинен лъч удари молекула на багрилото, той изстрелва електрон в титановия диоксид.

Електроните се събират в проводимото покритие (работещ електрод), разположено между титановия оксид и стъкления лист.

Необходим е още един проводящ слой от обратната страна, за да функционира като противоположен електрод, а пролуката между електродите е снабдена с електролитен разтвор.

Тук се прилага простият разтвор на йодна сол, а не индустриалният ацетонитрилов електролит, който е много летлив и токсичен. Трийодидните молекули в електролитния разтвор са „принудени“ да достигнат с контра електрода, за да образуват йодидни молекули.

Това се случва само ако към електрода се въведе катализатор и там влиза графитът от молива. За индустриалното ниво използваният катализатор е скъпа платина.

Този експеримент изисква електрони. Излишъкът от електрони на другия електрод създава електрически потенциал, който може да се използва.

Токът може да възникне, ако електродите са свързани външно с помощта на товар.

Йодидните молекули в разтвора се отказват от електроните на багрилото и се превръщат в трийодидни молекули по време на процеса, който в замяна завършва електрическата верига.

Субстратът на слънчевата клетка е нормално прозоречно стъкло с дебелина около 2 мм с прозрачен, проводящ метален оксиден слой (като цинков оксид). За съжаление, това покритие не може да се направи самостоятелно.

Процедури стъпка по стъпка

Процедурите стъпка по стъпка за направата на чувствителната към багрила слънчева клетка са илюстрирани по-долу чрез обяснения и снимка.

Размерът на частиците на титановия прах е около 15-25 nm, както е показано по-долу.

1. Смесете го с полиетилен гликол , който е маслено емулгиращо средство, и разбъркайте сместа внимателно, докато се постигне вискозен крем.

2) Що се отнася до електролита, можете да изберете йод в етанол, но резултатите могат да бъдат под средните в сравнение с наличния в търговската мрежа редокс електролит.

3) Вземете мултицет и задайте диапазона на съпротивлението, за да разберете коя страна на стъклената част е проводима.

4) След това закрепете стъклото на масата с помощта на Sellotape, като поставите проводящата страна нагоре.

5) Ако имате пипета, извадете част от крема или пастата TiO2 и поставете няколко капки върху проводимата повърхност на стъклото.

6) След това, като използвате пластмасова карта или различно стъклено парче, ударете старателно капките. Опитайте да вземете еднакво покритие, като леко плъзнете стъкленото парче върху пастата Tio2.

7) След това издърпайте лентата около чашата, освободете я от масата.

8) Препоръчваме да изпечете покритието във фурна или на открит огън като газова печка. Очакваната температура е около 450 ° C. След като се настрои, подредете опорния екран само на няколко сантиметра над пламъка на горелката и поставете стъклената част с покритие TiO2 върху него.

9) Титановият оксиден слой ще промени цвета си до кафяв в началото на процедурата за печене поради органичното му съдържание. Но трябва да се уверите, че цветът на TiO2 се променя до бял по време на края на процеса.

10) Настоятелно препоръчваме да се осигури подходящо време за охлаждане на стъклото, в противен случай има вероятност то да се счупи. Съветът е да плъзнете стъклото до по-хладно място (обикновено близо до ръба) и да не го измествате набързо от горещия екран.

11) Време е да приготвите плодовия чай с вряща вода. В нашия експеримент използвахме по-малко вода и повече торбички за чай. Изсипете разтвора за сварен плодов чай ​​в голяма купа. Ако нямате торбички с плодов чай, можете да използвате сок от червено цвекло, сок от малина или дори червено мастило.

12) След като стъкленото парче достигне около стайна температура, можете внимателно да го плъзнете в купата и да оставите да кисне няколко минути.

13) Тъй като процесът на накисване преминава, можете да започнете да покривате проводящата страна на второ стъклено парче с много графит, който се получава от оловен молив. Това покритие ще функционира като катализатор за транспортиране на електрони до електролита от електрода.

14) След това извадете проводящото стъкло от чаената баня. Слоят от титанов оксид ще е поел цвета на чая (вижте центъра на снимката). След това изплакнете стъклото с чиста вода или етанол и използвайте сешоар, за да се отървете от всяка капка вода .

15) След това подредете двете парчета стъкло заедно с проводящите повърхности една срещу друга и краищата се изместват. Трябва да внимавате много и двете очила да не се плъзгат, тъй като може да доведе до изтриване на TiO2.

16) След това стъклените парчета могат да се държат заедно с помощта на кламери (леко модифицирани или с помощта на обикновен Sellotape, увит около тях.

17) Сега добавете електролита между двете стъклени парчета. Препоръчително е да поставите няколко капки електролит от всяка страна на парчетата стъкло и те ще бъдат изтеглени между стъклата поради капилярно действие.

18) Това е всичко, вашата чувствителна към багрила слънчева клетка, базирана на плодов сок, вече е готова за тестване. С помощта на мултицет можете да измерите напрежението (около 0,4 V) и тока (около 1 mA). Поради осветлението на студиото, резултатите ще варират малко. Освен това можете да използвате няколко крокодилски щипки, за да удължите повече клетки последователно.

Ще пренебрегнем стъпката на запечатване на стъклените парчета, както е направено с индустриализираните чувствителни към багрила слънчеви клетки. Това ни позволява да използваме парчетата стъкло отново и в този случай всичко, което трябва да направите, е да ги отделите и старателно да измиете повърхностите им с вода и внимателно да ги изтъркате. Тъй като изцяло премахването на графитното покритие не е възможно, затова ви съветваме отново да използвате противоелектродното стъкло за точната цел в бъдещи експерименти.

С любезното съдействие на изображението: youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0