Како направити солу ћелију осетљиву на боје или соларну ћелију од воћног чаја

Иновација соларних ћелија осетљивих на боје проширила је потенцијал уређаја до тачке у којој би могао потпуно да истисне скупе силицијумске ћелије.

Следећи чланак објашњава како можете лако да направите ову свестрану соларну ћелију осетљиву на боје користећи сасвим обичне материјале.

Овај експеримент се ослања на концепт коришћења органског једињења у биљкама, посебно органских боја за дејство као донатори електрона у соларним ћелијама.

Уместо полупроводничког материјала силицијума у ​​соларној ћелији, користили смо титанов оксид (ТиО2), који је такође полупроводник. Својства ТиО2 омогућавају му да још боље упија сунчеву светлост ако је ’осетљив’ органском бојом.

Ефикасност соларних ћелија осетљивих на боје је 7% већа од трећине ефикасности конвенционалних соларних ћелија. Иако ово није велика предност, соларне ћелије осетљиве на боје су јефтиније због једноставнијег производног процеса у поређењу са силицијумским ћелијама које су такође сложене.

Соларна ћелија будућности?

Иако би могло проћи неколико година да комерцијално успеју осетљиве на боје сензибилисане ће остати на добром путу под условом да се реше нека питања.

Прво, морају се ријешити дугорочна питања стабилности ћелија, јер их кисеоник временом оштети.

Одговарајућа боја се може извадити из малина или воћног чаја. Додајте неколико других компонената попут стакла са ниском емисијом (нискоексидантног) и титан оксида и добићете све састојке за израду комплета. У овом експерименту користимо чај од ружиног брода за црвену боју.

Потребни материјали

• Лимено стакло (комади) са проводником струје на једној страни. Они су доступни у комплету и могу се наћи на мрежи. Као алтернативу можете користити стакло са ниском емисијом Е, које се може добити од стаклара, јер је материјал уграђен у производњу прозора за топлотну изолацију. Препоручујемо да набавите два комада димензија 5 к 2 цм.
• ТиО2 и полиетилен гликол. Потоња је стандардни састојак различитих масти, али у овом експерименту се користи за суспендовање титан оксида.
• Ове производе можете купити код локалног хемичара. Такође морате осигурати да полиетилен гликол има и молекулску тежину од 300, осим што је течан.
• Ако свој комплет купите путем Интернета, обично се испоручује са белом суспензијом, што олакшава ствари. Можете са сигурношћу знати да је величина честица ТиО2 прецизна (приближно 20 нм) и фино изолована, што је изузетно тешко добити ако то радите сами.
• Као средство за бељење можете укључити белу пасту за зубе, Типп-Ек, белу боју или сличне супстанце које садрже титанов оксид.
• У овом експерименту користили смо раствор јода у 65% етанолу као електролит. Иако ово добро функционише, производи само једну трећину струје више од типичног електролита.
• Воћни чај који се користи у нашем тесту је шипка, али делује и хибискус.
• Плинска пећ за камповање и упаљач.
• Једно лабораторијско постоље са стезаљком, прстеном и параваном. Функција сита је да подржава стакло током печења.
• Пипета, али ако је немате, кашичица се може користити као замена допуштајући суспензији титанов оксид да капље на стакло.
• Пинцета, чајник, чајник, фен за косу и селотејп.
• Лист алуминијумске фолије.
• Петријева посуда или обична равна посуда или тањир за супу.
• Графитна оловка и комад стакла или пластичне картице за ширење титановог оксида.
• Један сет мултиметара.

Како делују соларне ћелије осетљиве на боје

Конструкција соларне ћелије осетљиве на боје састоји се од два равна стакла стакла са електрично проводљивим слојем на једној страни. Проводни слој је обично направљен од металног оксида.

Прекривач од трске (приближно 10 μм) кристала ТиО2 димензија око 20 нм, који је заједно запечен да створи порозни слој, идентификован је између два стакла.

Затим се боја ставља на овај порозни премаз. У индустрији, боја изабрана за сензибилизиране соларне ћелије садржи рутениј од племенитог метала.

Међутим, природно доступне црвене боје могу се користити за сврхе испитивања. Због невероватно малих величина кристала титан оксида и празнина између њих, порозна структура садржи огромну ефективну површину, а премаз боје је изузетно танак.

Ово је пресудно за исправан рад, јер је боја лош електрични проводник.

У тренутку када светлосни зрак погоди молекул боје, он испуца електрон у титан-диоксид.

Електрони се сакупљају у проводном слоју (радној електроди) смештеном између титан оксида и стаклене плоче.

Још један проводни слој је потребан са друге стране да би функционисао као контра електрода, а размак између електрода опремљен је раствором електролита.

Овде се примењује једноставан раствор јодне соли, а не индустријски ацетонитрилни електролит који је врло испарљив и токсичан. Молекули три-јодида у раствору електролита су „приморани“ да дођу контра-електродом да би створили молекуле јодида.

То се дешава само ако се катализатор уведе у електроду и ту улази графит са оловке. За индустријски ниво, катализатор који се користи је скупа платина.

Овај експеримент захтева електроне. Вишак електрона на другој електроди ствара електрични потенцијал који се може искористити.

Проток струје може настати ако су електроде спојене споља помоћу оптерећења.

Молекули јодида у раствору се одричу електрона у боји и претварају у молекуле три-јодида током процеса који заузврат довршава електрични круг.

Подлога соларне ћелије је нормално прозорско стакло дебљине око 2 мм са прозирним проводљивим слојем металног оксида (попут цинковог оксида). Нажалост, овај премаз не можете направити сами.

Поступни поступци

Поступни поступци израде соларне ћелије осетљиве на боје приказани су у наставку кроз објашњења и слику.

Величина честица титановог праха је око 15-25 нм, као што је приказано доле.

1. Помешајте са полиетилен гликол , који је уљно средство за емулговање, и пажљиво мешајте мешавину док се не постигне вискозна крема.

2) За електролит се можете одлучити за јод у етанолу, али резултати могу бити испод просека у поређењу са комерцијално доступним редокс електролитом.

3) Ухватите мултиметар и подесите опсег отпора да бисте сазнали која је страна стакленог дела проводљива.

4) Затим учврстите чашу на столу помоћу Селлотапе-а док проводну страну поставите лицем према горе.

5) Ако имате пипету, извуците мало креме или пасте ТиО2 и ставите неколико капи на проводну површину стакла.

6) Затим, користећи пластичну картицу или други комад стакла, темељито ударите капи. Покушајте да добијете једнолични слој тако што ћете лагано превући стаклени комад преко пасте Тио2.

7) Затим извуците копчу око чаше и ослободите је од стола.

8) Препоручујемо да премаз печете у пећници или на отвореном пламену попут плинског шпорета. Очекивана температура је око 450 ° Ц. Када се постави, поставите заслон за подршку само неколико центиметара изнад пламена горионика и ставите стаклени комад са ТиО2 премазом на њега.

9) Слој титан-оксида ће на почетку поступка печења променити боју у смеђу због свог органског садржаја. Али морате осигурати да се боја ТиО2 промени у белу током завршетка процеса.

10) Топло саветујемо да омогућите правилно време хлађења стакла, у супротном постоји шанса да се разбије. Савет је да стакло померите на хладније подручје (обично близу ивице) и да га не померате на брзину са врућег екрана.

11) Време је да припремите воћни чај са кључањем воде. У нашем експерименту користили смо мање воде и више кесица чаја. Сипајте раствор скуваног воћног чаја у велику посуду. Ако немате врећице воћног чаја, можете да попијете сок од црвене репе, сок од малине или чак црвено мастило.

12) Када се стаклени комад постигне на собној температури, можете га пажљиво гурнути у посуду и оставити да се намаче неколико минута.

13) Како се процес намакања проводи, проводну страну другог стакленог дела можете почети покривати са пуно графита који се може добити од оловне оловке. Ова облога ће функционисати као катализатор за транспорт електрона до електролита са електроде.

14) Затим извадите проводни стаклени комад из чајне купке. Слој титан-оксида упио је боју чаја (погледајте средину слике). После тога исперите чашу чистом водом или етанолом и користите фен за косу да бисте се решили сваке капи воде .

15) Даље, поређајте два стаклена комада заједно са проводним површинама окренуте једна према другој и крајеве померите. Морате водити рачуна да обе наочаре не склизну, јер то може проузроковати трљање ТиО2.

16) После овога, стаклени комади се могу држати заједно помоћу спајалица (мало модификованих или користећи уобичајени Селлотапе омотан око њих.

17) Сада додајте електролит између два стакла. Препоручује се да ставите неколико капи електролита на сваку страну комадића стакла и они ће се повући између наочара због капиларног деловања.

18) То је то, ваша соларна ћелија осетљива на боје воћног сока је сада спремна за тестирање. Помоћу мултиметра можете измерити напон (око 0,4 В) и струју (око 1 мА). Због осветљења студија, резултати ће мало варирати. Даље, можете користити неколико крокодилових копчи да бисте продужили више ћелија у серији.

Занемарићемо корак заптивања стаклених комада, као што је то учињено са индустријским соларним ћелијама осетљивим на боје. То нам омогућава да поново користимо комаде стакла и у том случају све што требате је да их раздвојите и темељито оперите њихове површине водом и нежно рибате. Будући да потпуно уклањање графитне превлаке није могуће, саветујемо поновно коришћење стакла против електроде у тачне сврхе у будућим експериментима.

Љубазношћу слике: иоутубе.цом/ватцх?в=Јв3кЦЛОКСми0