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Farbstoffsensibilisierten Solarzellen

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Farbstoffsensibilisierten Solarzellen sind eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Halbleiter Photovoltaik und wirtschaftlich in den letzten Jahren geworden.

Farbstoffsensibilisierten Zellen kompensieren ihre niedrigeren Wirkungsgrad durch die einzigartige Herstellung konsistente Leistung auch bei hohen Temperaturen und hohen Photon Inzidenz Winkel, fast 50 % mehr Leistung als Silizium-Solarzellen unter schlechten Lichtverhältnissen nachgeben. Sie sind wesentlich einfacher zu fertigen und können natürlich reichliche pflanzlichen Pigmenten als Farbstoffe. Dieses Video zeigt den Betrieb der farbstoffsensibilisierten Solarzellen, zeigt eine elementare Verfahren zum Erstellen von Proben im Labor mit pflanzlichen Pigmenten und bespricht einige Anwendungen.

Alle Solarzellen verlassen sich auf die Fähigkeit des Lichtes, Spenden Energie, Elektronen, elektrische Ströme zu produzieren.

In einzelne Atome beschränken sich die Elektronen auf diskrete Energieniveaus. Jedoch wenn sie Photonen des Lichts absorbieren, steigen die Elektronen vorübergehend auf höhere Energieniveaus, so dass ein Loch in der unteren Ebene.

Wenn zwei Atome in der Nähe sind, belasten sie gegenseitig ihre Elektronen. Dies schafft neue Energie-Ebenen, die die Elektronen besetzen können. Beim Hinzufügen von zusätzliche Atome Ebenen mehr Energie Form, letztlich in dichten Energiebänder Koaleszenz.

In Halbleitern bilden die unbesetzte Energieniveaus ein Hochenergie Leitungsband besetzte Ebenen eine Niedrigenergie-Valence-Band zu gründen. Die Energiedifferenz ist bekannt als die "Bandgap Energie." Wenn ein Photon mit der Energie der Bandlücke ein Elektron trifft, wird das Elektron gefördert werden, ein Loch hinterlassen. Elektron und Loch können von Atom zu Atom durchgeführt werden, bis sie rekombinieren.

Nun, da wir gesehen haben, wie Halbleiter Lichtenergie absorbieren, mal sehen, wie wir dieses Phänomen in einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle nutzen können.

Im Gegensatz zu Silizium-Solarzellen separate farbstoffsensibilisierten Solarzellen den Prozess der Lichtabsorption von der Stromübertragung, die Rate der Rekombination zu senken.

Die Zelle enthält einen Farbstoff sensibilisierend, eine Halbleiterschicht, Elektrolyt und zwei Elektroden. Der Halbleiter ist ein stabiles Dielektrikum wie Anatas TiO2. Der Elektrolyt ist in der Regel eine organische Jodid und die Gegenelektrode ein Korrosions- und hitzebeständigen Material, oft Platin oder Kohlenstoff.

Der Halbleiter ist mesoporösen und einer Monoschicht der adsorbierten Farbstoff enthält. Wenn ein Farbstoff-Elektron durch ein Photon angeregt wird, wird es sofort in den Halbleiter Leitungsband injiziert.

Die Halbleiter vermittelt das Elektron, das Photoelectrode, und im Gegenzug auf der Rennstrecke. Das Elektron kehrt über die Gegenelektrode, wo die verbrauchte Elektrolyt verringert wird, Abschluss des Zyklus.

Effektive Farbstoffe reagieren auf das gesamte sichtbare Spektrum. Frühe Farbstoffe enthalten organische Ruthenium-komplexen. Diese bieten hohe Conversion in der Infrarot, sondern sind teuer und schwierig zu produzieren. Pflanzlicher Basis lichtempfindliche Pigmente, wie Carotinoide und Anthocyane, sind reichlich vorhanden und praktischer, wenn auch weniger effizient.

Das sind die Grundsätze. Nun betrachten wir eine elementare operative Verfahren im Labor.

Das Verfahren demonstriert hier ermöglicht farbstoffsensibilisierten Solarzellen zu schnell hergestellt und getestet, mit gemeinsamen Vorläufer und Labormaterialien.

Durch Zugabe von 6 g Anatas TiO2 Pulver zu einem Mörtel beginnen. Fügen Sie 2 - 3 mL Essig und Schleifen die Aussetzung, Klumpen zu brechen. Iterativ Essig in 1 mL Schritten und Schleifen, bis insgesamt 9 mL hinzugekommen. Die Paste sollte letztlich einheitlich sein.

Als nächstes erzeugen Sie eine Tensid-Lösung durch sanft einen Tropfen Spülmittel mit 1 mL destilliertem Wasser mischen. Mischen Sie vorsichtig die Tensid-Lösung in der Paste, ohne dabei Luftblasen produzieren. Die Aussetzung zu equilibrate zu ermöglichen

Sauber zwei SnO2 beschichtet leitfähige Objektträger mit einen niedrigen Fusseln wischen getränkt in Ethanol. Benutzen Sie ein Multimeter, um ihre leitenden Seiten zu finden. Die leitende Seite sollte einen Widerstand von 10-30 Ω haben.

Kleben Sie die Dias auf der Bank, einem leitfähigen Seite nach oben und der andere leitende Seite nach unten, so dass 5-8 mm maskiert sind und keine Luftblasen vorhanden sind. Mit einem Glasstab, gelten Sie eine dünne, gleichmäßige Linie Paste über die Oberkante der leitende Seite. Lassen Sie die Folie leicht trocknen und entfernen Sie das Klebeband.

Trocknen Sie die Folie indem sie auf eine heiße Platte, leitende Seite oben. Der Film wird zunächst zu einem violett-braun verdunkeln und dann aufhellen. Wenn dies der Fall, schalten Sie die Heizplatte, die Folie an der Spitze zu halten. Nachdem es auf Raumtemperatur abgekühlt ist, notieren Sie die Fläche des Films.

Zur Vorbereitung der Gegenelektrode reinigen Sie einen zweite leitfähige Objektträger. Den Kohlenstoff-Katalysator auf die leitfähige Seite auftragen. Halten Sie die leitende Seite mit einer Pinzette über eine Feuerzeugflamme. Lassen Sie den Ruß sammeln für nicht mehr als 30 Sek. neu ausrichten der Folie mit der Pinzette und die verbleibende Ecke mit Ruß in der gleichen Weise zu decken, sicherzustellen, dass die gesamte Folie abgedeckt ist.

Nun, da die Elektroden vorbereitet haben, lasst uns bauen farbstoffsensibilisierten Solarzelle.

Ein Spatel, um ein paar Himbeeren, Brombeeren oder Kirschen in ein Becherglas zu zerquetschen. Anschließend filtern Sie die Lösung in eine Petrischale mit einem Kaffeefilter, indem ein paar Tropfen destilliertes Wasser, wenn nötig.

Mit einer Pinzette, legen Sie das Photoelectrode in der Petrischale leitfähigen Seite nach unten, kümmert sich nicht um Rubbel-der Film. Wenn die Färbung abgeschlossen ist, vorsichtig zurückziehen der Folie und überprüfen, dass keine weißen Flecken sichtbar sind. Die Folie in Ethanol spülen und trocken tupfen.

Legen Sie die Zähler Elektrode Oberseite nach unten auf dem Film, pflegen einen Versatz zwischen den Folien. Die Ränder der Folie Binder Clips zuordnen. Ein paar Tropfen Elektrolyt entlang der Kante, und lassen Sie es über den Film sickern durch das Bindemittel-Clips leicht öffnen. Die Zelle ist nun betriebsbereit.

Bereiten Sie die Zelle Leistung unter einer Halogenlampe messen. So die Photoelectrode Halogen-Lampe steht richten Sie die Zelle aus. Verwenden Sie ein Multimeter um mögliche Unterbrechung messen und den Kurzschlussstrom.

Als nächstes verbinden Sie die Zelle, ein 500 Ω Potentiometer die Schaltung im Text Protokoll erstellen. Sequenziell erhöhen Sie den Widerstand durch das Potentiometer, und verwenden Sie das Multimeter zur Messung von Spannung und Strom.

Die gesammelten Daten werden verwendet, um eine Strom-Spannungs-Kurve zu erstellen, die die Sonnenenergie Umwandlung von der Solarzelle und der solare Effizienz beschreibt.

Der Punkt, wo die Kurve die x-Achse schneidet, wird die Leerlaufspannung genannt, die maximale Spannung an Null Strom ist. Der Punkt der maximalen Strom bei 0 V erscheint im Diagramm wo die Kurve schneidet die y-Achse.

Die maximale Power Point (MPP) tritt am "Knie" der Kurve und bietet Spannung und aktuellen Bedingungen für ideale Betrieb der Solarzelle. Der MPP Strom-Spannungs-Kurven bietet eine Möglichkeit, die Leistung der verschiedenen Solarzellen zu vergleichen. Die Leerlaufspannung gemessen in diesem Experiment erreichen Werte von 0,5 Volt und ein Kurzschluss-Potenzial von 1 bis 2 mA/cm2 .

Farbstoffsensibilisierten Solarzellen sind wertvoll in Nischenanwendungen, und der Ansatz in diesem Video für das rapid Prototyping von Zellen mit neuartigen Farbstoffen ermöglicht.

Da farbstoffsensibilisierten Solarzellen hohen Leistung unter schlechten Lichtverhältnissen liefern, sind sie nützlich für "leichte Ernte," die Wiederverwendung von innen Licht Power Sensoren, ID-Tags, Daten Sender und vieles mehr. Eine Möglichkeit dies zu erreichen ist durch die Entwicklung von Farbstoffen, die Energieniveaus in der Bandlücke, einführen von denen Elektronen in das Leitungsband Upconvert können. Empirisch, hat das Photon-Elektron Umwandlung im infrarotnahen Wellenlängen verdoppelt, indem eine einzelne energiereiche Absorption mit zwei energieärmeren Absorptionen.

Farbstoffsensibilisierten Zellen dienen zur Herstellung von Photovoltaik-Fenster, wo TiO2 Hohlglas Mikrosphären die Elektroden hinzugefügt werden, Umweltverschmutzung zu minimieren und die Ausgabe zu erhalten. Dafür können erschwinglich Fertigungstechniken, wie Elektrospinnen, verwendet werden, wo eine TiO2 Gülle langsam in ein elektrisches Feld, Nanofasern für Hochleistungs-Elektroden zu produzieren injiziert wird. Eine weitere Fertigung Technik ist Inkjet-Druck. Dies wurde zur Elektroden auf Glassubstraten, Zellen mit Wirkungsgraden von 3,5 % nachgeben zu hinterlegen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in farbstoffsensibilisierten Solarzellen beobachtet. Sie sollten nun mit der Bedienung der farbstoffsensibilisierten Zellen, ein Verfahren zur Erzeugung von ihnen kostengünstig in das Labor und einige Anwendungen vertraut sein. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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