Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Inorganic Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

Dye-sensitized Solar Cells

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Colorant les cellules solaires sont une alternative prometteuse au photovoltaïque semi-conducteurs classiques et sont devenus rentables ces dernières années.

Cellules à colorant compensent leur efficacité moindre en produisant uniquement une alimentation régulière même à des températures élevées et les angles d’incidence élevée de photon, produisant près de 50 % plus de puissance que les cellules solaires en silicium sous une lumière faible. Ils sont beaucoup plus faciles à fabriquer et peut utiliser des pigments à base de plante naturels, abondants comme colorants. Cette vidéo illustre le fonctionnement du colorant les cellules solaires, illustre une procédure élémentaire pour la création d’échantillons testés en laboratoire en utilisant des pigments végétaux et discute de quelques applications.

Toutes les cellules solaires dépendent de la capacité de la lumière pour faire un don d’énergie aux électrons pour produire des courants électriques.

En atomes, électrons sont limitent à des niveaux d’énergie discrets. Toutefois, lorsqu’ils absorbent les photons de la lumière, les électrons montent temporairement à des niveaux plus élevés de l’énergie, laissant un trou au niveau inférieur.

Lorsque deux atomes sont à proximité, ils perturbent des uns et des autres électrons. Cela crée de nouveaux niveaux d’énergie que des électrons peuvent occuper. Lorsque des atomes supplémentaires sont ajoutés, niveaux d’énergie plus forme, finalement coalescence en bandes d’énergie dense.

Dans les semi-conducteurs, les niveaux d’énergie inoccupées forment une bande de conduction à haute énergie, tandis que les niveaux occupés forment une bande de valence de basse énergie. La différence d’énergie est connue comme le « énergie de bande interdite ». Si un photon dont l’énergie de bande interdite heurte un électron, l’électron sera promu, laissant un trou derrière. Électrons et des trous peuvent être effectuées d’un atome à l’atome jusqu'à ce qu’ils se recombinent.

Maintenant que nous avons vu comment semi-conducteurs absorbent l’énergie lumineuse, nous allons voir comment nous pouvons exploiter ce phénomène dans une cellule solaire de colorant.

À la différence des cellules solaires en silicium, colorant les cellules solaires séparer le processus d’absorption de la lumière de celle de la transmission actuelle, d’abaisser le taux de recombinaison.

La cellule contient un colorant sensibilisateur, une couche de semi-conducteur, un électrolyte et deux électrodes. Le semi-conducteur est un diélectrique stable, comme l’anatase TiO2. L’électrolyte est généralement un iodure organique et la contre-électrode un matériau résistant à la corrosion et à la chaleur, souvent platine ou carbone.

Le semi-conducteur est mésoporeux et contient une monocouche de colorant adsorbée. Quand un électron de colorant est excité par un photon, il est immédiatement injecté dans la bande de conduction du semi-conducteur.

Le semi-conducteur transmet l’électron à le PHOTOÉLECTRODE et à son tour sur le circuit. Les retours d’électrons par l’intermédiaire de la contre-électrode, où l’électrolyte usé est réduite, complétant le cycle.

Colorants efficaces répondent à l’ensemble du spectre visible. Début colorants inclus complexes de ruthénium organique. Ceux-ci fournissent une conversion élevée dans l’infrarouge, mais sont coûteux et difficiles à produire. Des pigments photosensibles à base de plantes, comme les caroténoïdes et les anthocyanes, sont plus abondantes et plus pratique, quoique moins efficace.

Ce sont les principes. Maintenant examinons un mode opératoire élémentaire dans le laboratoire.

La procédure a démontré ici permet de colorant des cellules solaires à être rapidement fabriqués et analysés, en utilisant uniquement les précurseurs communs et matériel de laboratoire.

Commencer en ajoutant 6 g d’anatase TiO2 poudre dans un mortier. Ajouter 2 - 3 mL de vinaigre et broyer la suspension pour briser les mottes. Par itération ajouter du vinaigre par incréments de 1 mL et moudre, jusqu'à ce qu’un total de 9 mL ont été ajoutés. La pâte doit finalement être uniforme.

Ensuite, produire une solution d’agent tensio-actif en mélangeant doucement une goutte de savon à vaisselle avec 1 mL d’eau distillée. Mélanger délicatement la solution de surfactant dans la pâte, en veillant à ne pas produire des bulles. Permettre la suspension s’équilibrer

Nettoyer deux SnO2 enduit verre conducteur diapositives à l’aide d’une lingette bas charpie imbibé d’éthanol. Utiliser un multimètre pour trouver le côté conducteur. Le côté conducteur doit avoir une résistance de 10-30 Ω.

Scotchez les diapositives pour le banc, un côté conducteur vers le haut et l’autre côté conducteur, tels que 5 à 8 mm sont masqués et il n’y a pas de bulles d’air. À l’aide d’une baguette de verre, appliquez une ligne mince et uniforme de la pâte sur le bord supérieur du côté conducteur. Laissez le film sécher légèrement et retirer la bande.

Sécher la lame en le plaçant sur une plaque chauffante, côté conducteur vers le haut. Le film sera tout d’abord foncer au pourpre-marron et puis blanchir. Lorsque cela se produit, éteignez la plaque de cuisson, gardant la glissière sur le dessus. Après qu’il est refroidi à la température ambiante, enregistrer la surface du film.

Pour préparer la contre-électrode, nettoyer une deuxième lame de verre conducteur. Appliquez le catalyseur de carbone sur le côté conducteur. Maintenez le côté conducteur avec des pincettes au-dessus d’une flamme de briquet. Laissez la suie recueillir pendant pas plus de 30 secondes de réorienter la diapositive avec la pince à épiler et couvrir le coin restant avec la suie de la même façon, s’assurer que l’ensemble de la diapositive est couvert.

Maintenant que les électrodes ont été préparés, nous allons construire la cellule solaire de colorant.

Utilisez une spatule pour écraser quelques framboises, des mûres ou des cerises dans un bécher. Puis filtrer la solution dans une boîte de Pétri à l’aide d’un filtre à café, ajouter quelques gouttes d’eau distillée si nécessaire.

À l’aide de pinces à épiler, placer le PHOTOÉLECTRODE dans la boîte de Pétri côté conducteur vers le bas, en prenant soin de ne pas gratter le film. Lorsque la coloration est terminée, soigneusement retirer la culasse et vérifier qu’aucune taches blanches ne sont visibles. Rincer la lame dans de l’éthanol et les éponger.

Placez la comptoir électrode face vers le bas sur le film, maintenant un décalage entre les diapositives. Fixez liant sur les bords de la diapositive. Versez quelques gouttes de l’électrolyte le long du bord et laissez-le s’infiltrer sur le film en ouvrant légèrement les clips de liant. La cellule est maintenant prête à fonctionner.

Préparer pour mesurer le rendement de la cellule sous une lampe halogène. Orienter la cellule de sorte que la PHOTOÉLECTRODE fait face à lampe halogène. Utiliser un multimètre pour mesurer le potentiel de circuit ouvert et le courant de court-circuit.

Ensuite, connecter la cellule à un potentiomètre de 500 Ω pour créer le circuit représenté dans le protocole du texte. Dans l’ordre augmente la résistance à travers le potentiomètre et utilisez le multimètre pour mesurer la tension et le courant.

Les données recueillies sont utilisées pour créer une courbe courant-tension, qui décrit la conversion de l’énergie solaire de la cellule solaire et son efficacité solaire.

Le point où la courbe croise l’axe des abscisses est appelé la tension en circuit ouvert, qui est la tension maximale à courant de zéro. Le point du courant maximal à 0 V apparaît sur le graphique où la courbe croise l’axe des ordonnées.

Le point de puissance maximum (MPP) se produit au niveau de la courbe du « genou » et fournit la tension et les conditions actuelles pour un fonctionnement idéal de la cellule solaire. Le député de courbes de courant-tension fournit un moyen de comparer les performances de différentes cellules solaires. La tension de circuit ouvert mesurée dans cette expérience peut atteindre des valeurs de 0,5 volts et un potentiel de court-circuit de 1-2 mA/cm2 .

Colorant les cellules solaires sont utiles dans des applications de niche, et l’approche dans cette vidéo permet le prototypage rapide de cellules avec des nouveaux colorants.

Étant donné que le colorant les cellules solaires produisent haute puissance sous une lumière faible, ils sont utiles pour « récolte, lumière », la réutilisation de la lumière intérieure aux capteurs de puissance, ID tags, émetteurs de données, etc.. Une façon de régler ce problème est en développant des colorants qui introduisent des niveaux d’énergie au sein de la bande interdite, d'où les électrons peuvent upconvert dans la bande de conduction. Empiriquement, il a doublé conversion photon-électron aux longueurs d’onde du proche infrarouge en remplaçant une absorption haute énergie simple avec deux écoulements de plus basse énergie.

Cellules à colorant sont utilisés pour la production de fenêtres photovoltaïques, où les microsphères de verre creuses TiO2 sont ajoutés aux électrodes de minimiser la pollution et de maintenir la sortie. Pour cela des techniques de fabrication abordable, comme électrofilage, utilisable, où une boue de2 TiO est injectée lentement un champ électrique pour produire des nanofibres pour électrodes de haute performance. Une autre technique de fabrication est impression jet d’encre. Cela a été utilisé pour déposer des électrodes sur des substrats de verre, ce qui donne des cellules avec un rendement de 3,5 %.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE à colorant les cellules solaires. Vous devriez maintenant être familiarisé avec le fonctionnement des cellules de colorant, une procédure pour eux générant peu de frais dans le laboratoire et certaines applications. Comme toujours, Merci pour regarder !

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter