Kaip iš vaisių arbatos pasigaminti dažams jautrių saulės elementų ar saulės elementų

Dažams jautrių saulės elementų naujovės išplėtė prietaiso potencialą iki taško, kuriame jis gali visiškai išstumti brangius silicio saulės elementus.

Šiame straipsnyje paaiškinama, kaip galite lengvai sukonstruoti šį universalų dažams jautrų saulės elementą naudodami labai įprastas medžiagas.

Šis eksperimentas remiasi organinio junginio panaudojimo augaluose, ypač organinių dažų, koncepcija, veikiančia kaip elektronų donorai saulės elementuose.

Vietoj puslaidininkinės medžiagos silicio saulės elementuose naudojome titano oksidą (TiO2), kuris taip pat yra puslaidininkis. TiO2 savybės leidžia dar geriau sugerti saulės šviesą, jei jis yra „įjautrintas“ organiniais dažais.

Dažais įjautrintų saulės elementų efektyvumas yra 7% didesnis nei trečdaliu įprastų saulės elementų efektyvumo. Nors tai nėra didelis pranašumas, dažams jautrūs saulės elementai yra pigesni dėl paprastesnio gamybos proceso, palyginti su silicio elementais, kurie taip pat yra sudėtingi.

Ateities saulės elementas?

Nors gali prireikti kelerių metų, kol dažais įjautrintos saulės elementai bus komerciškai sėkmingi, jie išliks teisingu keliu, jei bus išspręstos tam tikros problemos.

Pirma, reikia išspręsti ilgalaikius ląstelių stabilumo klausimus, nes deguonis ilgainiui jį pažeidžia.

Iš aviečių ar vaisių arbatos galima išimti tinkamus dažus. Įtraukite keletą kitų komponentų, tokių kaip stiklas su mažai emisija (mažai E), ir titano oksidas, ir jūs turite visas sudedamąsias dalis, kad sukurtumėte rinkinį. Šiame eksperimente raudoniesiems dažams naudojame arbatžolių arbatą.

Reikalingos medžiagos

• Lakštinis stiklas (gabaliukai) su srovę laidžiu sluoksniu vienoje pusėje. Tai yra rinkiniai ir galima rasti internete. Arba galite rinktis mažo E stiklo stiklą, kurį galima gauti iš stiklo paketų, nes medžiaga yra naudojama gaminant šilumos izoliacijos langus. Mes rekomenduojame įsigyti dvi 5 x 2 cm matmenis.
• TiO2 ir polietilenglikolis. Pastarasis yra standartinis įvairių tepalų ingredientas, tačiau šiame eksperimente jis naudojamas titano oksido suspendavimui.
• Šiuos daiktus galima įsigyti pas vietinį chemiką. Taip pat turite įsitikinti, kad polietilenglikolio molekulinė masė yra 300, be to, kad jis yra skystas.
• Jei perkate rinkinį iš interneto, jis paprastai būna su balta pakaba, todėl viskas lengviau. Galite tikrai žinoti, kad TiO2 dalelių dydis yra tikslus (maždaug 20 nm) ir smulkiai izoliuotas, o tai padaryti yra nepaprastai sunku, jei tai darote patys.
• Galite įtraukti baltą dantų pastą, „Tipp-Ex“, baltus dažus ar panašias medžiagas, kurių balinimo priemonė yra titano oksidas.
• Šiame eksperimente kaip elektrolitą panaudojome jodo tirpalą 65% etanolyje. Nors tai veikia labai gerai, ji sukuria tik trečdaliu tiek srovės, kiek yra tipiškas elektrolitas.
• Mūsų bandyme naudojama vaisių arbata yra erškėtuogė, tačiau veikia ir hibiskas.
• Dujinė kempingo viryklė ir žiebtuvėlis.
• Vienas laboratorijos stovas su spaustuku, žiedu ir ekranu. Ekrano funkcija yra palaikyti stiklą kepant.
• Pipetė, bet jei jos neturite, arbatinį šaukštelį galima naudoti pakaitalu, leidžiant titano oksido suspensijai varvėti ant stiklo.
• Pincetai, virdulys, arbatinukas, plaukų džiovintuvas ir „Sellotape“.
• Aliuminio folijos lakštas.
• Petri patiekalas arba įprastas plokščias dubuo ar sriubos lėkštė.
• Grafito pieštukas ir stiklo ar plastiko kortelės gabalas titano oksidui paskleisti.
• Vienas multimetro rinkinys.

Kaip veikia dažais įjautrintos saulės elementai

Dažams jautrių saulės elementų konstrukciją sudaro du plokšti stiklo lakštai, kurių vienoje pusėje yra elektrai laidus sluoksnis. Laidžioji danga dažniausiai gaminama iš metalo oksido.

Tarp dviejų stiklo gabalų identifikuojama nendrių TiO2 kristalų, kurių matmenys yra apie 20 nm, danga (apytiksliai 20 nm), kuri buvo kepama kartu, kad susidarytų akytas sluoksnis.

Tada dažai dedami ant šios akytos dangos. Pramonėje sensibilizuotiems saulės elementams pasirinkti dažai sudaro tauriųjų metalų rutenį.

Tačiau bandymams atlikti gali būti naudojami natūraliai esantys raudoni dažikliai. Dėl nepaprastai mažų titano oksido kristalų dydžių ir tarpų tarp jų porėtoje struktūroje yra didžiulis efektyvus paviršiaus plotas, o dažų danga yra nepaprastai plona.

Tai labai svarbu norint tinkamai veikti, nes dažai yra varganas elektros laidininkas.

Tą akimirką, kai šviesos spindulys pataiko į dažų molekulę, jis šaudo elektroną į titano dioksidą.

Elektronai kaupiasi laidžioje dangoje (darbiniame elektrode), esančioje tarp titano oksido ir stiklo lakšto.

Kad veiktų kaip priešinis elektrodas, apverčiamoje pusėje būtinas dar vienas laidus sluoksnis, o tarpas tarp elektrodų yra įrengtas elektrolito tirpalu.

Čia naudojamas paprastas jodo druskos tirpalas, o ne pramoninis acetonitrilo elektrolitas, kuris yra labai lakus ir toksiškas. Elektrolito tirpale esančios trijodido molekulės yra „priverstos“ pasiekti priešinį elektrodą, kad susidarytų jodido molekulės.

Tai atsitinka tik tuo atveju, jei į elektrodą įvedamas katalizatorius ir ten patenka grafitas iš pieštuko. Pramoniniam lygiui naudojamas katalizatorius yra labai brangus platina.

Šiam eksperimentui reikalingi elektronai. Elektronų perteklius kitame elektrode sukuria elektrinį potencialą, į kurį galima patekti.

Srovės srautas gali atsirasti, jei elektrodai sujungiami išoriškai naudojant apkrovą.

Jodido molekulės tirpale atsisako elektronų į dažus ir proceso metu virsta trijodido molekulėmis, kurios mainais užbaigia elektros grandinę.

Saulės elemento substratas yra įprastas lango stiklas, kurio storis yra apie 2 mm, o jo skaidrus, laidus metalo oksido sluoksnis (pvz., Cinko oksidas). Deja, šios dangos negalima padaryti savo.

Žingsnis po žingsnio procedūros

Toliau paaiškinamos dažais įjautrintos saulės elemento gamybos procedūros, paaiškinant jas ir paveikslėlį.

Titano miltelių dalelių dydis yra apie 15-25 nm, kaip parodyta žemiau.

1. Sumaišykite su polietilenglikolis , kuris yra aliejinis emulsiklis, ir kruopščiai maišykite nuovirą, kol bus klampus kremas.

2) Elektrolitui galite pasirinkti jodą etanolyje, tačiau rezultatai gali būti žemesni nei vidutiniai, palyginti su prekyboje esančiu redokso elektrolitu.

3) Paimkite multimetrą ir nustatykite pasipriešinimo diapazoną, kad sužinotumėte, kuri stiklo dalis yra laidi.

4) Tada užfiksuokite stiklą ant stalo naudodami „Sellotape“, o laidžiąją pusę padėkite į viršų.

5) Jei turite pipetę, ištraukite dalį TiO2 kremo ar pastos ir kelis lašus užlašinkite ant laidaus stiklo paviršiaus.

6) Tada, naudodamiesi plastikine kortele ar kitokiu stiklo gabalu, kruopščiai užmuškite lašus. Pabandykite gauti vienodą kailį, švelniai pastumdami stiklo gabalą ant „Tio2“ pastos.

7) Tada ištraukite lipduką aplink stiklą ir atlaisvinkite jį nuo stalo.

8) Rekomenduojame dangą kepti orkaitėje arba virš atviros liepsnos, pavyzdžiui, dujinės viryklės. Numatoma temperatūra yra apie 450 ° C. Kai jis bus nustatytas, išdėstykite atraminį ekraną vos keliais centimetrais virš degiklio liepsnos ir padėkite stiklo gabalėlį su TiO2 danga ant jo.

9) Kepimo procedūros pradžioje titano oksido sluoksnio spalva pasikeis į rudą, nes jame yra organinių medžiagų. Tačiau jūs turite užtikrinti, kad proceso metu TiO2 spalva pasikeis į baltą.

10) Mes primygtinai rekomenduojame numatyti tinkamą stiklo aušinimo laiką, nes kitaip yra tikimybė, kad jis suskaidys. Patarimas - pastumkite stiklą į vėsesnę vietą (dažniausiai šalia krašto) ir neskubėdami jo išstumkite iš karšto ekrano.

11) Atėjo laikas paruošti vaisių arbatą verdančiu vandeniu. Savo eksperimente sunaudojome mažiau vandens ir daugiau arbatos maišelių. Paruoštą vaisių arbatos tirpalą supilkite į didelį dubenį. Jei neturite vaisių arbatos maišelių, galite rinktis raudonųjų burokėlių sultis, aviečių sultis ar net raudoną rašalą.

12) Kai stiklo gabalas pasieks kambario temperatūrą, galite atsargiai pastumti jį į dubenį ir leisti jam mirkti keletą minučių.

13) Vykstant mirkymo procesui, antrojo stiklo gabalo laidžiąją pusę galite pradėti dengti daugybe grafito, kurį galima gauti iš švino pieštuko. Ši danga veiks kaip katalizatorius elektronams pernešti į elektrolitą iš elektrodo.

14) Tada iš arbatos vonios išimkite laidų stiklo gabalėlį. Titano oksido sluoksnis sugers arbatos spalvą (žr. Paveikslėlio vidurį). Po to stiklinę praskalaukite švariu vandeniu arba etanoliu ir naudokite plaukų džiovintuvą, kad atsikratytumėte kiekvieno vandens lašo .

15) Tada išdėstykite du stiklo gabalus kartu su laidžiaisiais paviršiais, nukreiptais vienas į kitą, ir galus nukreipkite. Turite būti labai atsargūs, kad abu akiniai nenuslystų, nes tai gali nulupti TiO2.

16) Po to stiklo gabaliukus galima laikyti kartu naudojant spaustukus (šiek tiek modifikuotus arba naudojant įprastą „Sellotape“).

17) Dabar įpilkite elektrolito tarp dviejų stiklo dalių. Rekomenduojama įlašinti po kelis lašus elektrolito ant kiekvienos stiklo gabalėlių pusės, ir jie bus ištraukti tarp stiklų dėl kapiliarų veikimo.

18) Viskas, jūsų vaisių sulčių pagrindu dažais jautrus saulės elementas yra paruoštas bandymams. Naudodami multimetrą galite išmatuoti įtampą (apie 0,4 V) ir srovę (apie 1 mA). Dėl studijos apšvietimo rezultatai šiek tiek skirsis. Be to, galite naudoti kelis krokodilo spaustukus, kad pailgintumėte daugiau ląstelių nuosekliai.

Mes neatsižvelgsime į stiklo gabalų sandarinimo žingsnį, kaip tai daroma su industrializuotais dažais įjautrintais saulės elementais. Tai leidžia mums vėl panaudoti stiklo gabalus ir tokiu atveju tereikia juos atskirti, kruopščiai nuplauti jų paviršius vandeniu ir švelniai nušveisti. Kadangi visiškai pašalinti grafito dangos neįmanoma, todėl patariame būsimiems eksperimentams tiksliam tikslui vėl panaudoti priešelektrodinį stiklą.

Vaizdo malonumas: youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0