Kako napraviti solu osjetljivu na boje ili solarnu ćeliju od voćnog čaja

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Inovacija solarnih ćelija osjetljivih na boje proširila je potencijal uređaja do točke u kojoj bi mogao potpuno istisnuti skupe silicijske solarne ćelije.

Sljedeći članak objašnjava kako lako možete napraviti ovu svestranu solarnu ćeliju osjetljivu na boje koristeći vrlo obične materijale.



Ovaj se eksperiment oslanja na koncept korištenja organskog spoja u biljkama, posebno organskih boja za djelovanje kao donor elektrona u solarnim ćelijama.

Umjesto poluvodičkog materijala silicija u solarnoj ćeliji, koristili smo titanov oksid (TiO2), koji je također poluvodič. Svojstva TiO2 omogućuju mu da još bolje upija sunčevu svjetlost ako je 'senzibiliziran' organskom bojom.



Učinkovitost solarnih ćelija osjetljivih na boje 7% je veća od trećine učinkovitosti konvencionalnih solarnih ćelija. Iako to nije velika prednost, solarne ćelije osjetljive na boje jeftinije su zbog jednostavnijeg proizvodnog postupka u usporedbi sa silicijskim ćelijama koje su također složene.

Sunčeva ćelija budućnosti?

Iako bi moglo proći nekoliko godina kako bi komercijalno uspjele osjetljive na boje osjetljive boje, ostat će na dobrom putu pod uvjetom da se riješe određena pitanja.

Prvo, moraju se riješiti dugoročna pitanja stabilnosti stanica jer ih kisik vremenom oštećuje.

Odgovarajuća boja može se izvaditi iz malina ili voćnog čaja. Dodajte nekoliko drugih komponenata poput stakla s niskom emisijom (niskog E) i titanovog oksida i dobit ćete sve sastojke za izradu kompleta. U ovom eksperimentu koristimo čaj od ružinog broda za crvenu boju.

Potrebni materijali

  • Limeno staklo (komadi) s vodljivim slojem s jedne strane. Dostupni su u kompletu i mogu se naći na mreži. Alternativno, možete koristiti staklo s niskim udjelom E, a ono se može dobiti od staklara, jer je materijal ugrađen u proizvodnju prozora s toplinskom izolacijom. Preporučujemo nabaviti dva komada dimenzije 5 x 2 cm.
  • TiO2 i polietilen glikol. Potonji je standardni sastojak različitih masti, ali u ovom se eksperimentu koristi za suspendiranje titanovog oksida.
  • Te se predmete mogu kupiti kod lokalnog ljekarna. Također morate osigurati da polietilen glikol ima i molekulsku težinu od 300, osim što je tekući.
  • Ako svoj komplet kupite putem interneta, obično se isporučuje s bijelim ovjesom, što olakšava stvari. Možete sa sigurnošću znati da je veličina čestica TiO2 precizna (približno 20 nm) i fino izolirana, što je izuzetno teško dobiti ako to radite sami.
  • Kao sredstvo za izbjeljivanje možete uključiti bijelu pastu za zube, Tipp-Ex, bijelu boju ili slične tvari koje sadrže titanov oksid.
  • U ovom pokusu koristili smo otopinu joda u 65% etanolu kao elektrolit. Iako ovo dobro funkcionira, proizvodi samo jednu trećinu struje više od tipičnog elektrolita.
  • Voćni čaj korišten u našem testu je šipkov, ali i hibiskus djeluje.
  • Plinska peć za kampiranje i upaljač.
  • Jedno laboratorijsko postolje sa stezaljkom, prstenom i paravanom. Funkcija zaslona je podupirati čašu tijekom pečenja.
  • Pipeta, ali ako je nemate, žličica se može koristiti kao zamjena dopuštajući suspenziji titanovog oksida da kaplje na staklo.
  • Pinceta, čajnik, čajnik, sušilo za kosu i Sellotape.
  • List aluminijske folije.
  • Petrijeva posuda ili obična ravna zdjela ili tanjur za juhu.
  • Grafitna olovka i komad stakla ili plastične kartice za širenje titanovog oksida.
  • Jedan multimetarski set.

Kako djeluju solarne ćelije osjetljive na boje

Konstrukcija solarne ćelije osjetljive na boje sastoji se od dva ravna stakla sa električno provodljivim slojem na jednoj strani. Provodljiva prevlaka obično je izrađena od metalnog oksida.

Prekrivač od trske (približno 10 μm) kristala TiO2 dimenzija oko 20 nm, koji je zajedno zapečen da stvori porozni sloj, identificiran je između dva stakla.

Zatim se boja stavlja na ovaj porozni premaz. U industriji, boja odabrana za senzibilizirane solarne ćelije sadrži rutenij od plemenitog metala.

Međutim, prirodno dostupne crvene boje mogu se koristiti za namjeravano ispitivanje. Zbog nevjerojatno malih veličina kristala titanov oksid i praznina između njih, porozna struktura sadrži ogromnu efektivnu površinu, a premaz boje je izuzetno tanak.

To je presudno za ispravan rad, jer je boja loš električni vodič.

U trenutku kad svjetlosna zraka pogodi molekulu boje, ona ispuca elektron u titanov dioksid.

Elektroni se skupljaju u vodljivoj prevlaci (radnoj elektrodi) smještenoj između titan oksida i staklene ploče.

Još jedan provodni sloj potreban je s druge strane da bi funkcionirao kao protuelektroda, a razmak između elektroda opremljen je otopinom elektrolita.

Tu se primjenjuje jednostavna otopina jodne soli, a ne industrijski acetonitrilni elektrolit koji je vrlo hlapljiv i toksičan. Molekule tri-jodida u otopini elektrolita 'prisiljene' su doći do suprotne elektrode kako bi stvorile molekule jodida.

To se događa samo ako se u elektrodu uvede katalizator i tu ulazi grafit s olovke. Za industrijsku razinu korišteni katalizator je skupa platina.

Ovaj pokus zahtijeva elektrone. Višak elektrona na drugoj elektrodi stvara električni potencijal koji se može iskoristiti.

Struja struje može se dogoditi ako su elektrode spojene izvana pomoću opterećenja.

Molekule jodida unutar otopine odriču se elektrona u boji i pretvaraju u molekule trijodida tijekom procesa koji zauzvrat dovršava električni krug.

Podloga solarne ćelije je normalno prozorsko staklo debljine oko 2 mm s prozirnim, provodljivim slojem metalnog oksida (poput cinkovog oksida). Nažalost, ovaj premaz ne možete napraviti sami.

Postupci po korak

Postupni postupci izrade solarne ćelije osjetljive na boje prikazani su u nastavku kroz objašnjenja i sliku.

Veličina čestica titanovog praha je oko 15-25 nm, kao što je prikazano dolje.

  1. Pomiješajte ga sa polietilen glikol , koji je uljno sredstvo za emulgiranje, i miješajte smjesu pažljivo dok se ne postigne viskozna krema.

2) Za elektrolit se možete odlučiti za jod u etanolu, ali rezultati mogu biti ispod prosjeka u usporedbi s komercijalno dostupnim redoks elektrolitom.

3) Uhvatite multimetar i podesite opseg otpora kako biste saznali koja je strana staklenog dijela provodljiva.

4) Zatim učvrstite čašu na stolu pomoću Sellotapea, dok vodljivu stranu postavite licem prema gore.

5) Ako imate pipetu, izvucite malo kreme ili paste TiO2 i stavite nekoliko kapi na vodljivu površinu čaše.

6) Zatim, koristeći plastičnu karticu ili drugi komad stakla, temeljito udarite kapi. Pokušajte dobiti jednoliki sloj laganim klizanjem staklenog komada preko paste Tio2.

7) Zatim izvucite kopču oko čaše i oslobodite je od stola.

8) Preporučujemo da premaz pečete u pećnici ili na otvorenom plamenu poput plinskog štednjaka. Očekivana temperatura je oko 450 ° C. Jednom postavljeno, postavite zaslon za podršku samo nekoliko centimetara iznad plamena plamenika i stavite stakleni komad s TiO2 premazom na njega.

9) Sloj titanovog oksida na početku postupka pečenja promijenit će boju u smeđu zbog svog organskog sadržaja. Ali morate osigurati da se boja TiO2 promijeni u bijelu tijekom završetka postupka.

10) Toplo savjetujemo da omogućite odgovarajuće vrijeme hlađenja stakla jer u suprotnom postoji mogućnost da se razbije. Savjet je da čašu pomaknete na hladnije područje (obično blizu ruba) i da je ne pomaknete s vrućeg zaslona.

11) Vrijeme je da pripremite voćni čaj s kipućom vodom. U našem eksperimentu koristili smo manje vode i više vrećica čaja. U veliku zdjelu ulijte otopinu kuhanog voćnog čaja. Ako nemate vrećice voćnog čaja, možete ići sa sokom od crvene repe, sokom od maline ili čak crvenom tintom.

12) Nakon što stakleni komad dosegne približno sobnu temperaturu, možete ga pažljivo gurnuti u posudu i ostaviti da se namače nekoliko minuta.

13) Kako se proces namakanja provodi, vodljivu stranu drugog staklenog dijela možete početi prekrivati ​​s puno grafita koji se može dobiti od olovne olovke. Ovaj premaz će funkcionirati kao katalizator za transport elektrona u elektrolit s elektrode.

14) Zatim izvadite komadić stakla iz čajne kupke. Sloj titan-oksida upio je boju čaja (pogledajte središte slike). Nakon toga isperite čašu čistom vodom ili etanolom i upotrijebite sušilo za kosu kako biste se riješili svake kapi vode .

15) Zatim rasporedite dva staklena komada zajedno s vodljivim površinama okrenute jedna prema drugoj i krajeve pomaknite. Morate paziti da obje naočale ne skliznu, jer to može prouzročiti trljanje TiO2.

16) Nakon toga, staklene komade možete držati zajedno pomoću spajalica (malo izmijenjenih ili koristeći uobičajeni Sellotape omotan oko njih.

17) Sada dodajte elektrolit između dva stakla. Preporučuje se da stavite nekoliko kapi elektrolita na svaku stranu komadića stakla i oni će se povući između naočala zbog kapilarnog djelovanja.

18) To je to, vaša solarna ćelija osjetljiva na boje voćnog soka sada je spremna za testiranje. Pomoću multimetra možete izmjeriti napon (oko 0,4 V) i struju (oko 1 mA). Zbog osvjetljenja studija, rezultati će malo varirati. Nadalje, možete upotrijebiti nekoliko krokodilovih kopči da biste produžili više stanica u nizu.

Zanemarit ćemo korak brtvljenja staklenih dijelova, kao što je to učinjeno s industrijskim solarnim ćelijama osjetljivim na boje. To nam omogućuje ponovno korištenje komadića stakla i u tom slučaju sve što trebate je odvojiti ih i temeljito oprati vodom i lagano ih pročišćavati. Budući da potpuno uklanjanje grafitne prevlake nije moguće, stoga savjetujemo ponovno korištenje stakla protiv elektrode u točne svrhe u budućim pokusima.

Ljubaznošću slike: youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0




Prethodno: Specifikacije punjenja / pražnjenja baterije LiFePO4, objašnjene prednosti Dalje: Što je IGBT: rad, karakteristike prebacivanja, SOA, otpornik vrata, formule