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色素増感太陽電池

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色素増感太陽電池は、従来の半導体太陽光発電に有望な代替手段で近年商業となっています。

色素細胞は、一意に低照度下でのシリコン太陽電池よりも約 50% 以上電源を産する高温と高い光入射角でも一貫した電源を生成することによって彼らの低い効率を補正します。彼らはかなり簡単に製造し、染料として自然豊かな植物ベースの顔料を使用することができます。このビデオは、色素増感太陽電池の動作を示しています、植物色素を使用してラボでテスト サンプルを作成するための基本手順を示します、いくつかのアプリケーションについて説明します。

すべての太陽電池セルは、電流を生成する電子のエネルギーを寄付する光の能力に依存します。

単一原子では、電子は離散的エネルギー準位に限定されます。しかし、彼らは光の光子を吸収する、電子は一時的に下位レベルに穴を残してより高いエネルギー準位に登る。

2 つの原子は近接するとき、彼らは互いの電子を混乱させます。これは電子が占有することができます新たなエネルギー レベルを作成します。別の原子を追加するより多くのエネルギーのフォーム、最終的に緻密なエネルギー バンド合体レベルします。

半導体の非占有準位は占有レベル低エネルギー価電子帯を形成しながら高エネルギーの伝導バンドを形成します。エネルギー差は「バンド ギャップ エネルギー」として知られているバンド ギャップ エネルギーを持つ光子が電子を打つ場合、穴を残して、電子を推進します。電子と正孔の両方行うことができる原子から彼らを再結合まで。

我々 は半導体が光エネルギーを吸収する方法を見てきた、私たちが色素増感太陽電池ではこの現象を利用できる方法を見てみましょう。

シリコン太陽電池とは異なりは、色素増感太陽電池は、組換えの率を下げるための電流伝送の光吸収のプロセスを区切ります。

セルには、2 つの電極、電解質、半導体層増感剤色素が含まれています。半導体はアナターゼ型酸化チタンの2など、安定した誘電体です。電解質は通常有機ヨウ化物、カウンター電極腐食、耐熱材料、しばしば白金や炭素。

半導体メソ多孔体であり、吸着した色素の単分子層を含んでいます。色素電子は光子によって励起されると、すぐに半導体の伝導帯に注入されます。

半導体、電子、光電極を回路に順番を伝えています。使用済み電解質を低下、カウンター電極を介して電子返しますサイクルを完了します。

効果的な染料は全体の可視スペクトルに対応します。初期の染料には、有機のルテニウム錯体が含まれています。これらは、赤外線に高い変換を提供するが、高価で生産することは困難。カロテノイドとアントシアニンなどの植物ベースの感光性色素は、少ない効率的なより豊富で実用的です。

これらの原則であります。今研究室で小操作手順を見てみましょう。

ここに示す手順により、急速にする色素増感太陽電池を作製し、共通の前駆体との材料のみを使用して、テストします。

アナターゼ型酸化チタン2粉末 6 g を乳鉢に追加することによって開始します。追加 2-3 mL、酢、しこりを分割する懸濁液を挽く。9 mL の合計が追加されるまで繰り返し 1 mL 単位で挽く、酢を追加します。ペーストは、最終的に統一する必要があります。

次に、軽く 1 mL の蒸留水に皿の石鹸の一滴を混合することによって界面活性剤水溶液を生成します。優しく泡を生成しないように注意して、ペースト状に界面活性剤水溶液を混ぜます。平衡に懸濁液を許可します。

低リント ワイプを使用してきれいな 2 つの SnO2コーティング導電性ガラス スライドをエタノールに浸した。マルチメータを使用して、その導電性両側を見つけます。導電性側 10-30 Ω の抵抗が必要です。

5-8 mm がマスクされて、気泡がないように、ベンチを導電性片側とダウン、その他導電性側にスライドをテープします。ガラス棒を使用すると、導電性側の上端間でペーストの細い均一な線を適用します。テープを外し、乾いた映画をみましょう。

ホット プレート、導電性の側にそれを置くことによって、スライドを乾燥します。映画は最初紫茶色に暗くなるし、白きます。これが発生すると、ホット プレート、上にスライドを維持するオフにします。部屋の温度に冷却して後、は、フィルムの表面領域を記録します。

カウンター電極の準備、2 番目のスライドの導電性ガラスをきれいに。導電性の側に炭素触媒を適用されます。ライターの炎でピンセットで導電性の側面を保持します。すす、ピンセットで 30 秒以上方向スライドの収集し同じファッションですすで残りのコーナーをカバー、スライド全体が覆われていることを確認をしましょう。

今では電極が用意されて、色素増感太陽電池を建設しよう。

ヘラを使用すると、いくつかのラズベリー、ブラックベリーやビーカーにチェリーをつぶします。蒸留水を数滴を追加する必要に応じて、コーヒー フィルターを使用してシャーレにソリューションをフィルター処理します。

ピンセットを使用して、ペトリ皿の光電極、導電面を下、フィルムを傷をつけないように世話を置きます。染色が完了したら、慎重にスライドを撤回し、白い斑点が表示されていないことを確認してください。スライドをエタノールでリンス、しみ、乾燥。

スライドの間のオフセットを維持する映画にダウン カウンター電極面を配置します。バインダー クリップをスライドの端に取り付けます。縁に沿って電解液を数滴を置き、バインダー クリップを少し開いて、映画以上に浸透することができます。セルは、操作の準備ができました。

ハロゲン ランプの下で電池の性能を測定するための準備します。酸素及び水素、ハロゲン ランプを直面しているのでセルに合わせます。開回路電位を測定するマルチメータを使用し、短絡電流。

次に、セルを 500 Ω ポテンショメータ テキスト プロトコルに示す回路を作成するために接続します。順番にポテンショメータの抵抗増加し、電圧と電流を測定するマルチメータを使用します。

収集されたデータを使用して、太陽電池と太陽電池効率の太陽エネルギーの変換を記述する電流-電圧曲線を作成します。

曲線と x 軸の交点は、無通電状態での電圧は、開放電圧と呼ばれます。0 V 時の最大電流の点は、曲線 y 軸と交差する位置グラフに表示されます。

最大電力点 (MPP) は、曲線の「膝」で発生し、電圧および太陽電池の最適な操作の現在の条件を提供します。電流-電圧曲線の MPP は、別の太陽電池の性能を比較する手段を提供します。この実験で測定開回路電圧は、0.5 ボルトの値と 1-2 mA/cm2の短絡の可能性に達することができます。

色素増感太陽電池はニッチでは、貴重なとこのビデオでアプローチ新規色素を持つ細胞の迅速なプロトタイプ作成を可能に。

色素増感太陽電池は、低照度下でハイパワーを収率ので彼ら、「光捕集、「屋内光パワー センサー、ID タグ、データ送信機、およびより多くの再利用に役立ちます。これを実現する 1 つの方法は、電子が伝導帯にアップ コンバートをできるから、バンド ギャップ内のエネルギー レベルを導入した色素を開発することによってです。経験的に、これは 2 つの低エネルギー吸収を持つ単一の高エネルギー吸収を置き換えることによって近赤外波長の光子-電子変換を倍増しています。

色素細胞は、汚染を最小限に抑えるため、出力を維持するために電極に TiO2中空からす微小球を追加する場合、太陽光発電の窓の生産のために使用されます。このため、高性能電極のナノファイバーを生成する電界に TiO2のスラリーを注入するゆっくりと、エレクトロスピニング法, などの手頃な価格の製造技術を使用できます。別の加工技術はインク ジェット印刷です。これは、電極をガラス基板上に 3.5% の効率で細胞を降伏預金に使用されています。

ゼウスの色素増感太陽電池の概要を見てきただけ。色素細胞の操作、安価、ラボ、およびいくつかのアプリケーションでそれらを生成するための手順に精通している必要がありますできます。いつも見てくれてありがとう!

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