Zbuduj własną Dye-światłoczułe ogniwa słonecznego


Original: http://www.chemistry-blog.com/2011/07/25/build-your-own-dye-sensitized-solar-cell/
Copyright: Kenneth Hanson

W 1991 roku Brian O’Regan i Michael Gratzel opublikowała dokument zatytułowany “tanich, wysokiej wydajności ogniw słonecznych na podstawie barwnika uczulonych koloidalnych TiO2 filmów.” Ten dokument jest podstawą dla całego oddziału badań konwersji energii słonecznej znany jako barwników światłoczułych ogniw słonecznych (DSSC).

Podstawowa eksploatacja DSSC przedstawiono na schemacie poniżej. W mniej więcej w sposób stopniowy:

1) Light (hν) uderza pochłaniający światło cząsteczkę (chromofor, C), powodując, że aby wprowadzić energetycznie stanie wzbudzonym (C *).
2) Podekscytowany chromofor wstrzykuje elektronu (e-) do anody.
3) Jodu (I-) w roztworze przekazujemy e wcześniej do utlenionego C i łączy się z I2 I3-.
4) E-z wysokiej energii kroku 2 wchodzi do zewnętrznego obwodu, gdzie może być używany do pracy przy obciążeniu (np. naładować baterię, należy uruchomić wentylator).
5) E-niskiej energii, a następnie rozciąga się do katody, gdzie katalitycznie zmniejsza I3 do I i zamyka obwód.

1991 papieru Gratzel przełomowe ponieważ było wprowadzone stosowanie dużej powierzchni elektrody TiO2 półprzewodnikowego materiału jako anodę. O większej powierzchni, chromofor więcej mogą być ładowane na powierzchni w celu zwiększenia absorpcji światła, a przez to bardziej photocurrent wygenerować. Korzystanie z tej podstawowej architektury – ze zmian w stosunku do jego składników – pozwoliła nam realizef wydajności większej niż 10% w laboratorium. Firmy takie jak Dysol a inne są obecnie komercjalizacji tej technologii.

Jak również jest przełomowa DSSC jest stosunkowo prosta z czterech podstawowych elementów: anoda materialnych akceptor, chromofor, odwracalnie redox aktywny elektrolit i materiał katody, które można katalitycznie zmniejszyć elektrolit. Biorąc pod uwagę dostępność tych składników, Greg P. Smestad i Michael Gratzel później opublikowane procedury w Journal of Chemical Education, który pozwala prawie każdemu stworzyć własne DSSC. Instytut Chemicznej Edukacji (ICE), opiera się obecnie na Uniwersytecie Wisconsin, podjął edukacyjną użyteczność tego papieru o jeden krok dalej i stworzył 45 dolarów nanokrystalicznych Solar Kit komórki. Elementy zestawu można to zobaczyć na rysunku poniżej. Składa się z 1) 10 x SnO2 przewodzące szkiełkach, 2) dodaje się 15 ml roztworu I-/I2 glikolu etylenowego, 3) 25 g proszku TiO2, 4) grafitu ołówka miękkie, 5) 10 x Klipy i 6) o zmiennej rezystor.

Wszystko, czego potrzebujesz, oprócz zestawu jest piekarnik / płyta grzejna, która może spiekania folii w temperaturze 450 ° C; barwnik, który może być łatwo uzyskane z malin, jagód, jagody czarne niebieskie lub innych owoców, a zaprawa / tłuczek do zmielić TiO2 dodając kwas octowy. Ogniwo słoneczne jest zmontowane pokazano w lewej górnej części obrazu. Z zestawu można dokonać do pięciu ogniw słonecznych na raz, a ponieważ wiele z elementów są wielokrotnego użytku, może być powtarzane wielokrotnie. Firmy ICE, który pochodzi z zestawu zapewnia wyraźne instrukcje montażu, charakteryzując i czyszczenia urządzenia. Zawiera również podstawowe informacje, pomoce wizualne, papieru graficznego, sugestie nauczania i inne przydatne porady / wskazówki dotyczące usterek urządzeń.

Podczas DSSCs są obecnie badane przez studentów i naukowców z całego świata, pojęcia i elementy tych urządzeń są tak proste, że mogą one być wykorzystywane do nauczania działań w szkołach średnich i licencjackich laboratoriach chemicznych. W rzeczywistości, w zeszłym tygodniu miałem przyjemność wykazania tego zestawu / ćwiczeń dla lokalnej szkoły i nauczycieli przyrody w szkołach średnich poprzez program sponsorowany przez University of North Carolina w Chapel Hill w Instytucie Ochrony Środowiska.

Brałem udział w technologii słonecznej komórek jako badacz na kilka lat, i mogę powiedzieć bez wahania, że byłem zachwycony tym, jak przyjazny dla użytkownika zestawy są – zwłaszcza biorąc pod uwagę wysoki poziom nauki udział. Na przykład, można skonstruować obwód na obrazku po prawej stronie (u góry) za pomocą dwóch 10 dolarów mierników z Radio Shack, rezystor, który pochodzi z zestawu i Twojej komórki zmontowanym. Choć świeciło światło na komórce i zmiana zmiennej rezystor, związek między prąd (I) i napięcia (V) mogą być udokumentowane (wykres napięcia w funkcji prądu jest częsty widok dla każdego, który studiował ogniw słonecznych.) Incredible Ilość informacji można uzyskać z tych I / V łukach, jak napięcia jałowego (VOC), prąd zwarcia (Isc), moc maksymalna (Pmax), współczynnik wypełnienia (FF), odporność trójdrogowy (RSH) i odporność serii (RS ). Również, jeśli wiesz, że moc światła padającego (pinc = 800-1000 W/m2, na dziennym świetle słonecznym) można obliczyć sprawność urządzenia (h) przez podzielenie Pmax przez program ramowy.

W DSSC zestawy są ekscytujące, ponieważ z różnych możliwości, jakie świadczą uczyć wysokiego szczebla pojęć naukowych i rozwiązywania problemów za pomocą prostych rąk na działalność. Gimnazjalistów można porównać różne barwniki i ich wpływ na efektywność urządzeń “/ prąd / napięć. Licencjackie nieorganiczne studenci chemii może syntetyzować i porównać różne barwniki. Ćwiczenia te można także łączyć koncepcje w biologii, chemii, fizyki i klas. Na przykład, uczniowie mogą przygotować barwnik chlorofil przez reakcjach enzymatycznych w laboratorium biologii, zmyślać i załadować barwnik na TiO2 filmów w lekcji chemii, a następnie wykonaj charakterystyki I / V lub zmierzyć równoległe kontra seria prądy kilku urządzeń w klasie fizyki .

Comments are closed.