תאים סולאריים רגישים לצבע

1. הכנת הדבקה של TiO₂

1. מסה החוצה 6 גרם של אבקת TiO₂ קולואידי, ומניחים אותו במכתש.
2. בזהירות להוסיף 2-3 מ"ל של חומץ TiO₂, ולהתחיל לטחון את ההשעיה עם עלה עד הדבק אחיד מתקבל. הטחינה משמשת כדי לשבור גושים מצטברים באבקה.
3. המשך להוסיף חומץ, במרווחים ~ 1 מ"ל תוך כדי טחינה, עד ~ 9 מ"ל נפח כולל. לפני כל תוספת, העקביות של הדבק צריך להיות אחיד וללא גושים. הדבק הסופי צריך להיות עבה, אבל לא כל כך עבה כי זה לא יכול להיות סחוט מתוך בקבוק טפטפת.
4. מוסיפים טיפה אחת של סבון כלים ל 1 מ"ל של מים מזוקקים, מערבבים בעדינות.
5. מוסיפים את תמיסת_סבון הכלים להשעיית TiO 2 ומערבבים בעדינות, נזהרים שלא לייצר בועות.
6. אפשר להשעיה להתפרק למשך 15 דקות. סבון הכלים משמש כחומש שטח, כדי לעזור להפוך את ההשעיה לפזר בקלות רבה יותר לסרט אחיד על הזכוכית.

2. תצהיר של TiO₂ על זכוכית

1. נקה שתי מגלשות זכוכית מוליכות. השרו קימבפה עם אתנול והשתמשו בו כדי לנגב שתי מגלשות זכוכית מוליכות. מניחים את השקופיות הנקיות על קיוויפה טרייה.
2. לקבוע איזה צד של הזכוכית הוא מוליך. באמצעות ערכת מולטימטר לאוהם, מגע בשתי ההובלה לצד אחד של הזכוכית. אם נצפתה קריאה בין 10 ל -30 Ω, זהו הצד המוליך. קריאה של 0 Ω מצביעה על הצד הלא מוליך.
3. להסוות את השקופית. מניחים שקופית זכוכית אחת עם הצד המוליך שלה למעלה והשנייה עם הצד המוליך שלה כלפי מטה. תוך שמירה קפדנית על המגלשות נוגעות, מדביק את שקופיות הזכוכית לספסל העליון. מקם את הקלטת על שלושה מארבעת הצדדים של השקופיות, ודא כי ~ 5-8 מ"מ של השקופית מכוסה על ידי קלטת בכל אחד משלושת הצדדים (איור 4). לחץ על הקלטת בחוזקה, כדי להבטיח שאין בועות אוויר.
4. החל את הדבק TiO_2. באמצעות מוט זכוכית, יש למרוח קו דק של הדבק על הקצה העליון המסיכה של השקופית. השתמש במוט הזכוכית כדי לגלגל בזהירות את הדבק לאורך השקופית, ולגבות. חזור על תנועה זו 2-3x מבלי להרים את המוט, או עד לקבלת סרט אחיד.
   1. אם הסרט אינו אחיד, פשוט לנגב אותו עם קימאוויפ, לנקות את הכוס עם אתנול, ופעם יבש, לנסות שוב.
5. אפשר לסרט להתייבש קצת, ולאחר מכן להסיר בזהירות את הקלטת מהכוס. השקופית עם הסרט TiO₂ צריכה להיות בצד המוליך. ניתן לנקות את השקופית האחרת ולהשתמש בה מאוחר יותר.
6. אנאל הסרט טיו_2. מניחים בזהירות את השקופית (TiO₂ צד למעלה) על צלחת חמה כי מוגדר 450 °C (50 °F). צפו ב-TiO₂ מחשיך לצבע סגול/חום, וחוזרים לצבעו הלבן. בשלב זה, לכבות את החום ולאפשר לסרט להתקרר לאט. אם השקופית מקוררת מהר מדי, היא עלולה להיסדק או להתנפץ.
7. בסרגל, מדדו את שטח הפנים המכוסה בסרט ושימו לב לערך זה.

איור 4. תצהיר של טיו₂ על זכוכית.

3. להכתים את הסרט TiO₂ עם צבע

1. מניחים כמה אוכמניות, פטל או דובדבנים במכתש ומועכים אותם עם עלה.
2. מסננים את הפתרון דרך מסנן קפה לתוך צלחת פטרי. ייתכן שיהיה צורך להוסיף כמה mL של מים למיץ.
3. מניחים את סרט TiO₂ מקורר, עם הפנים כלפי מטה בצלחת פטרי. היזהר לא לגרד את כל TiO_2. אפשר לצבע להיות מסוחח על הסרט. פעולה זו עשויה להימשך מספר דקות.
4. ברגע שהסרט מצופה במלואו (הוא צריך להיות אדום כהה או סגול ואין כתמים לבנים), הרם את המגלשה עם מלקחיים (היזהר רק להקשיח את הזכוכית ולא את הסרט), ולשטוף את המגלשה במים, ואז אתנול. כתם את הסרט יבש עם קימפוויפ, ולהשתמש מיד.
   1. אם לא נעשה שימוש מיידי, אז לאחסן את הסרט בצלחת פטרי המכיל חומצה אצטית ב pH 3-5, ולכסות את המנה עם המכסה לעטוף בנייר כסף.

4. הכן את אלקטרודה הדלפק

1. באמצעות שקופית זכוכית מוליכת אחרת, בצע את שלבים 2.1-2.2.
2. החל את זרז הפחמן בצד המוליך. באמצעות פינצטה, להחזיק את השקופית, צד מוליך למטה, מעל קצה של מבער Bunsen. הזז את השקופית כך שהפיח יאסף על פני השטח כולו, אך לא יותר מ- 30 s. תן למגלשה להתקרר, ולנגב את הפיח לאורך צד אחד של המגלשה עם צמר גפן.
   1. לחלופין, באמצעות עיפרון HB, לכסות את כל משטח מוליך עם גרפיט. זה נותן אלקטרודה חזקה יותר, אבל אחד שמבצע פחות טוב.

5. להרכיב את התא הסולארי

1. ייבש את הסרט המוכתם. שוטפים אותו באתנול ומניחים אותו על קימבפה. בעדינות כתם את הסרט עם קימפוויפ שני. הסרט חייב להיות יבש כדי לא להשפיע על פתרון האלקטרולייט.
2. עם הצד של סרט האלקטרודה למעלה, הניחו בעדינות את האלקטרודה מצופה הפחמן למעלה (פחמן עם הפנים כלפי מטה). הקפד לקזז את השקופיות כך שהצדדים החשופים של שתי האלקטרודות יוכלו להיות מקוטעים לחוטים. הנח שני קליפים קלסר בצדדים הסמוכים זכוכית היסט.
3. מניחים כמה טיפות של תמיסת האלקטרולייט לאורך קצה אחד של השקופיות, ופותחים/ סוגרים בזהירות כל צד של התא על ידי פתיחה/סגירה לסירוגין של קליפי הקלסר. ודא כי כל האזור המוכתם נמצא במגע עם פתרון אלקטרוליט, ולחזור על שלב 5.2 במידת הצורך.
4. נגב את עודף האלקטרולית מהאזורים החשופים באמצעות קימוויפ ואתנול.
5. הדקו את קליפי התנין לשני הצדדים החשופים של התא הסולארי.

6. מדידת ביצועי התאים

הערה: באופן אידיאלי, מדידות אלה ייעשו בחוץ. עם זאת, אם מזג האוויר אינו מותר, הם יכולים להיעשות בפנים באמצעות מנורת הלוגן. כל המדידות צריכות להיעשות ללא תנועה של התא, כך שהם מבוצעים בתנאים זהים.

1. הקפד לכוון את התא כך שהסרט TiO₂ פונה כלפי מעלה לכיוון השמש, והצב כיסוי פוליקרבונט מעל התא. זה מגן על התא מפני נזק UV.
2. חברו את האלקטרודה השלילית (זכוכית מצופה TiO₂₎לחוט השלילי של המולטימטר, ואת האלקטרודה החיובית (C) לחוט החיובי של המולטימטר(איור 5).
3. הגדר את המולטימטר לוולנטים, ומדוד את המתח. זהו פוטנציאל המעגל הפתוח (מתח מרבי בזרם אפס). לכסות את התא (עם יד או אובייקט מוצק) כדי להבטיח כי המתח פוחת.
4. הגדר את המולטימטר למיליאמפר (mA) ומדוד את הזרם המרבי. זהו זרם קצר (זרם מרבי במתח אפס). לכסות את התא עם (ביד) כדי להבטיח כי הזרם פוחתת.
5. הקלט עקומת מתח זרם מלאה באמצעות פוטנציומטר 500 Ω כעומס משתנה.
   1. קבע איזה קצה חוט בפוטנציומטר הוא הברז המרכזי. עופרת זו מאפשרת להתנגדות להיות מגוונת. כדי לעשות זאת, חבר את המולטימטר (מוגדר לאוהם) לשניים מהפניות בפוטנציומטר, ושנה את ההתנגדות על הפוטנציומטר. שים לב אם ההתנגדות משתנה. חזור על כך עם שני השילובים האחרים של הפניות. שינויים בהתנגדות יש לראות בשניים משלושת השילובים. ההפניה ששימשה בשני השילובים שהעניקו שינויים היא הברז המרכזי, והשניים האחרים זהים מבחינה פונקציונלית.
   2. הרכיבו את המעגל כפי שמוצג באיור 5 (מימין).
   3. הגדר את הפוטנציומטר להתנגדות מלאה (או אפסית) ושים לב לזרם ולמתח.
   4. לשנות את ההתנגדות על potentiometer במרווחים קטנים ולשים לב לזרם ומתח, כך שיש כמה נקודות המשתרעות על כל הטווח של potentiometer. הקפד לא להזיז את התא במהלך מדידות אלה. לאחר שהזרם מתחיל להשתנות, הקפד לאסוף נקודות נתונים רבות; ניתן להשיג פחות נקודות נתונים כאשר הוא קבוע.

איור 5. דיאגרמת מעגלים כדי למדוד את הפוטנציאל של המעגל הפתוח ואת זרם המעגל הקצר (משמאל, שלבים 6.3 ו- 6.4) ולתעד את עקומת ה- I-V (מימין).