Meyve Çayından Boyaya Duyarlı Güneş Pili veya Güneş Pili Nasıl Yapılır?

Boyaya duyarlı güneş pillerinin yeniliği, cihazın potansiyelini pahalı silikon güneş pillerini tamamen çıkarabilecek noktaya kadar genişletmiştir.

Aşağıdaki makale, bu çok yönlü boyaya duyarlı güneş pilini çok sıradan malzemeler kullanarak nasıl kolayca inşa edebileceğinizi açıklamaktadır.

Bu deney, bitkilerde organik bileşiğin, özellikle de organik boyaların güneş pillerinde elektron vericisi olarak işlev görmesi kavramına dayanmaktadır.

Güneş pilinde yarı iletken malzeme silikon yerine, yine yarı iletken olan titanyum oksit (TiO2) kullandık. TiO2'nin özellikleri, organik bir boya ile 'duyarlı hale getirilirse' güneş ışığını daha iyi emmesine izin verir.

Boyaya duyarlı güneş pillerinin verimliliği, geleneksel güneş pillerinin verimliliğinin üçte birinden% 7 daha yüksektir. Bu geniş bir avantaj olmasa da, boyaya duyarlı güneş pilleri, aynı zamanda karmaşık olan silikon hücrelere kıyasla daha basit üretim süreci nedeniyle daha ucuzdur.

Geleceğin Güneş Pili?

Boyaya duyarlı güneş pillerinin ticari olarak başarılı olması birkaç yıl alsa da, belirli sorunların çözülmesi şartıyla doğru yolda kalacaktır.

İlk olarak, oksijen zamanla ona zarar verdiği için hücrelerin uzun vadeli stabilite sorunları ele alınmalıdır.

Ahududu veya meyve çayından uygun bir boya çıkarılabilir. Düşük emisyonlu (düşük E) cam ve titanyum oksit gibi birkaç başka bileşen ekleyin ve kiti oluşturmak için tüm bileşenlere sahip olun. Bu deneyde kırmızı boya için rosehip çayı kullanıyoruz.

Gerekli malzemeler

• Bir tarafında akım ileten bir tabakaya sahip levha cam (parçalar). Bunlar kitler halinde mevcuttur ve çevrimiçi olarak bulunabilir. Alternatif olarak, düşük E cam ile gidebilirsiniz ve bunlar, malzeme ısı yalıtım pencerelerinin imalatına dahil edildiği için camlardan elde edilebilir. 5 x 2 cm boyutlarında iki parça almanızı tavsiye ederiz.
• TiO2 ve polietilen glikol. İkincisi, çeşitli merhemlerde standart bir bileşendir ancak bu deneyde titanyum oksidi askıya almak için kullanılır.
• Bu ürünler yerel bir eczaneden satın alınabilir. Polietilen glikolün akışkan olmasının yanı sıra 300 molekül ağırlığına sahip olduğundan da emin olmalısınız.
• Kitinizi internetten satın alırsanız, genellikle işleri kolaylaştıran beyaz bir süspansiyonla gelir. TiO2'nin partikül boyutunun kesin (yaklaşık 20 nm) ve ince bir şekilde izole edilmiş olduğundan emin olabilirsiniz, ki bunu kendiniz yapıyorsanız, bunu elde etmek son derece zordur.
• Beyazlatıcı olarak beyaz diş macunu, Tipp-Ex, beyaz boya veya titanyum oksit içeren benzeri maddeler ekleyebilirsiniz.
• Bu deneyde elektrolit olarak% 65 etanol içinde bir iyot çözeltisi kullandık. Bu çok iyi performans gösterse de, tipik elektrolitin yalnızca üçte biri kadar akım üretir.
• Testimizde kullanılan meyve çayı kuşburnu, ancak ebegümeci de işe yarıyor.
• Gazlı kamp ocağı ve çakmak.
• Kelepçe, halka ve ekranlı bir laboratuvar standı. Ekranın işlevi, pişirme sırasında bardağı desteklemektir.
• Bir pipet ama eğer yoksa, bir çay kaşığı yerine titanyum oksit süspansiyonunun camın üzerine damlamasına izin vererek kullanılabilir.
• Cımbız, su ısıtıcısı, çaydanlık, saç kurutma makinesi ve Seloteyp.
• Bir alüminyum folyo tabakası.
• Bir petri kabı veya normal düz bir kase veya çorba tabağı.
• Titanyum oksidi yaymak için grafit kalem ve bir parça cam veya plastik kart.
• Bir multimetre seti.

Boyaya Duyarlı Güneş Pilleri Nasıl Çalışır?

Boyaya duyarlı bir güneş pilinin yapısı, bir tarafında elektriksel olarak iletken bir katman bulunan iki düz cam tabakasından oluşur. İletken kaplama genellikle bir metal oksitten yapılır.

İki cam parçası arasında, gözenekli bir katman oluşturmak için birlikte pişirilmiş, yaklaşık 20 nm ölçülerinde TiO2 kristallerinden oluşan bir saz kaplaması (yaklaşık 10 μm) tanımlanır.

Daha sonra boya bu gözenekli kaplama üzerine yerleştirilir. Endüstride, hassaslaştırılmış güneş pilleri için seçilen boya asil metal rutenyum içerir.

Bununla birlikte, test amaçlı olarak doğal olarak bulunan kırmızı boyalar kullanılabilir. Titanyum oksit kristallerinin inanılmaz derecede küçük boyutları ve aralarındaki boşluklar nedeniyle gözenekli yapı çok büyük bir etkili yüzey alanı içerir ve boya kaplaması oldukça incedir.

Boya berbat bir elektrik iletkeni olduğundan, bu doğru işlem için çok önemlidir.

Bir ışık ışını bir boya molekülüne çarptığı anda, titanyum dioksite bir elektron fırlatır.

Elektronlar, titanyum oksit ve cam levha arasına yerleştirilmiş iletken kaplamada (çalışma elektrodu) toplanır.

Bir karşı elektrot olarak işlev görmek için kapak tarafında bir tane daha iletken katman gereklidir ve elektrotlar arasındaki boşluk bir elektrolit çözeltisiyle sağlanır.

Çok uçucu ve toksik olan endüstriyel asetonitril elektrolit yerine basit iyot tuzu çözeltisinin uygulandığı yer burasıdır. Elektrolit çözeltisindeki tri-iyodid molekülleri, iyodür molekülleri oluşturmak için karşı elektrotla ulaşmaya 'zorlanır'.

Bu, yalnızca elektrota bir katalizör sokulursa ve orası kurşun kalemden gelen grafitin devreye girmesi durumunda gerçekleşir. Endüstriyel düzeyde, kullanılan katalizör oldukça maliyetli platindir.

Bu deney elektron gerektirir. Diğer elektrot üzerindeki fazla elektron, girilebilecek bir elektrik potansiyeli üretir.

Elektrotlar bir yük kullanılarak harici olarak bağlanırsa bir akım akışı meydana gelebilir.

Çözelti içerisindeki iyodür molekülleri, elektronları boyaya terk eder ve işlem sırasında tri-iyodür moleküllerine dönüşerek elektrik devresini tamamlar.

Güneş pilinin alt tabakası, yaklaşık 2 mm kalınlığında, berrak, iletken bir metal oksit tabakası (Çinko Oksit gibi) ile normal bir pencere camıdır. Ne yazık ki, bu kaplama kendi başınıza yapılamaz.

Adım Adım Prosedürler

Boyaya duyarlı güneş pilinin yapımına ilişkin adım adım prosedürler, aşağıda açıklamalar ve resim yoluyla gösterilmektedir.

Titanyum tozunun parçacık boyutu, aşağıda gösterildiği gibi yaklaşık 15-25 nm'dir.

1. İle karıştırın polietilen glikol Yağlı bir emülsifiye edici ajan olan ve viskoz bir krem ​​elde edilene kadar karışımı dikkatlice karıştırın.

2) Elektrolit için etanolde iyotu tercih edebilirsiniz, ancak sonuçlar piyasada bulunan redoks elektrolitine kıyasla ortalamanın altında olabilir.

3) Bir multimetre birimi alın ve cam parçanın hangi tarafının iletken olduğunu bulmak için direnç aralığını ayarlayın.

4) Daha sonra, iletken tarafı yukarı bakacak şekilde yerleştirirken, Seloteyp kullanarak camı masaya sabitleyin.

5) Bir pipetiniz varsa, TiO2 krem ​​veya macunun bir kısmını çıkarın ve camın iletken yüzeyine birkaç damla damlatın.

6) Daha sonra plastik bir kart veya farklı bir cam parçası kullanarak damlaları iyice vurun. Cam parçayı Tio2 macununun üzerine hafifçe kaydırarak düzgün bir kat elde etmeyi deneyin.

7) Ardından, satış bandını camın etrafından dışarı çekin ve masadan çıkarın.

8) Kaplamayı bir fırında veya gaz sobası gibi açık ateşte pişirmenizi öneririz. Beklenen sıcaklık 450 ° C civarındadır. Bir kez ayarlandıktan sonra, destek ızgarasını brülör alevinin sadece birkaç santimetre yukarısına yerleştirin ve üzerine TiO2 kaplamalı cam parçayı yerleştirin.

9) Titanyum oksit tabakası, organik içeriği nedeniyle pişirme işleminin başlangıcında rengini kahverengiye çevirecektir. Ancak işlemin sonunda TiO2'nin renginin beyaza dönmesini sağlamalısınız.

10) Cama uygun soğuma süresi tanınmasını şiddetle tavsiye ederiz, aksi takdirde parçalanma ihtimali vardır. Bir ipucu, camı daha soğuk bir alana (genellikle kenarına yakın) kaydırmak ve onu sıcak ekrandan aceleyle çıkarmamaktır.

11) Meyve çayını kaynar suyla hazırlama zamanı. Deneyimizde daha az su ve daha çok poşet çay kullandık. Demlenmiş meyve çayı solüsyonunu geniş bir kaseye dökün. Meyve çayı poşetiniz yoksa kırmızı pancar suyu, ahududu suyu ve hatta kırmızı mürekkeple gidebilirsiniz.

12) Cam parça oda sıcaklığına ulaştıktan sonra, dikkatlice kaseye kaydırabilir ve birkaç dakika ıslatmasına izin verebilirsiniz.

13) Islatma işlemi geçtikçe, ikinci bir cam parçasının iletken tarafını kurşun kalemden elde edilebilen çok miktarda grafitle kaplamaya başlayabilirsiniz. Bu kaplama, elektronları elektrottan elektrolite taşımak için bir katalizör işlevi görecektir.

14) Ardından iletken cam parçasını çay banyosundan çıkarın. Titanyum oksit tabakası çayın rengini emmiş olacaktır (resmin ortasına bakınız). Bundan sonra, camı temiz su veya etanol ile durulayın ve her damla sudan kurtulmak için saç kurutma makinesi kullanın .

15) Ardından, iki cam parçayı iletken yüzeyleri birbirine bakacak ve uçları ofset olacak şekilde düzenleyin. TiO2'nin silinmesine neden olabileceğinden, her iki gözlüğün de kaymamasına çok dikkat etmelisiniz.

16) Bundan sonra, cam parçaları ataç kullanılarak bir arada tutulabilir (biraz değiştirilmiş veya etraflarına sarılmış normal Seloteyp kullanılarak).

17) Şimdi, elektroliti iki cam parça arasına ekleyin. Cam parçalarının her iki tarafına birkaç damla elektrolit damlatmanız ve kılcal hareket nedeniyle camların arasına çekilmesi önerilir.

18) İşte bu, meyve suyu bazlı boyaya duyarlı güneş piliniz artık test edilmeye hazır. Multimetreyi kullanarak voltajı (yaklaşık 0,4 V) ve akımı (yaklaşık 1 mA) ölçebilirsiniz. Stüdyonun aydınlatmasından dolayı sonuçlar biraz farklılık gösterecektir. Ayrıca, seri halinde daha fazla hücre genişletmek için birkaç timsah klipsi kullanabilirsiniz.

Sanayileşmiş boyaya duyarlı güneş pilleri ile yapıldığı gibi cam parçalarını kapatma adımını göz ardı edeceğiz. Bu, cam parçalarını tekrar kullanmamızı sağlar ve bu durumda tek yapmanız gereken onları ayırmak ve yüzeylerini suyla iyice yıkamak ve nazikçe ovalamaktır. Grafit kaplamanın tamamen kaldırılması mümkün olmadığından, karşı elektrot camının gelecekteki deneylerde kesin amaç için tekrar kullanılmasını tavsiye ediyoruz.

Görsel izniyle: youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0