과일 차에서 염료 감응 형 태양 전지 또는 태양 전지를 만드는 방법

염료 감응 형 태양 전지의 혁신은 값 비싼 실리콘 태양 전지를 완전히 축출 할 수있는 수준까지 장치의 잠재력을 확장 시켰습니다.

다음 기사에서는 매우 일반적인 재료를 사용하여이 다용도 염료 감응 태양 전지를 쉽게 구성 할 수있는 방법을 설명합니다.

이 실험은 식물의 유기 화합물, 특히 태양 전지에서 전자 공여체 역할을하는 유기 염료를 활용하는 개념에 의존합니다.

태양 전지에서 반도체 소재 인 실리콘 대신 반도체 인 산화 티타늄 (TiO2)을 사용했습니다. TiO2의 특성으로 인해 유기 염료로 '감광'하면 햇빛을 더 잘 흡수 할 수 있습니다.

염료 감응 형 태양 전지의 효율은 기존 태양 전지의 1/3보다 7 % 더 높습니다. 이것이 큰 장점은 아니지만 염료 감응 형 태양 전지는 복잡한 실리콘 전지에 비해 제조 공정이 간단 해 가격이 저렴하다.

미래의 태양 전지?

염료 감응 형 태양 전지가 상업적으로 성공하려면 몇 년이 걸릴 수 있지만 특정 문제가 해결되면 올바른 경로를 유지할 것입니다.

첫째, 산소가 결국 시간이 지남에 따라 세포를 손상 시키므로 세포의 장기적인 안정성 문제를 해결해야합니다.

라즈베리 나 과일 차에서 적절한 염료를 추출 할 수 있습니다. 저 방사 (low-E) 유리 및 산화 티타늄과 같은 몇 가지 다른 구성 요소를 추가하면 키트를 구성하는 데 필요한 모든 재료가 있습니다. 이 실험에서 우리는 붉은 색 염료에 로즈 십 차를 사용하고 있습니다.

필요한 재료

• 한쪽에 전류 전도 층이있는 판유리 (조각). 이들은 키트로 제공되며 온라인에서 찾을 수 있습니다. 또는 낮은 E 유리로 갈 수 있으며, 단 열창 제조에 재료가 포함되어 있기 때문에 빙하에서 얻을 수 있습니다. 크기가 5 x 2cm 인 두 조각을 준비하는 것이 좋습니다.
• TiO2 및 폴리에틸렌 글리콜. 후자는 다양한 연고의 표준 성분이지만이 실험에서는 산화 티타늄을 현탁시키는 데 사용됩니다.
• 이 품목들은 지역 화학자에게서 구입할 수 있습니다. 폴리에틸렌 글리콜이 유동적 일뿐만 아니라 분자량이 300인지 확인해야합니다.
• 인터넷에서 키트를 구매하는 경우 일반적으로 흰색 서스펜션이 함께 제공되므로 작업이 더 쉬워집니다. TiO2의 입자 크기가 정확하고 (약 20nm) 미세하게 분리되어 있음을 확인할 수 있으며, 이는 직접 수행하는 경우 얻기가 매우 어렵습니다.
• 백색 치약, Tipp-Ex, 백색 페인트 또는 산화 티타늄을 미백제로 포함하는 유사 물질을 포함 할 수 있습니다.
• 이 실험에서는 전해질로 65 % 에탄올의 요오드 용액을 사용했습니다. 이것은 잘 작동하지만 일반적인 전해질의 1/3의 전류 만 생성합니다.
• 테스트에 사용 된 과일 차는 로즈힙이지만 히비스커스도 효과가 있습니다.
• 가스 캠핑 스토브와 라이터.
• 클램프, 링 및 스크린이있는 하나의 실험실 스탠드. 스크린의 기능은 베이킹하는 동안 유리를지지하는 것입니다.
• 피펫이 하나도 없다면 산화 티타늄 현탁액이 유리에 떨어질 수 있도록 티스푼으로 대체 할 수 있습니다.
• 핀셋, 주전자, 주전자, 헤어 드라이어 및 Sellotape.
• 알루미늄 호일 시트.
• 페트리 접시 또는 일반 평평한 그릇 또는 수프 접시.
• 산화 티타늄을 펼칠 수있는 흑연 연필과 유리 또는 플라스틱 카드.
• 멀티 미터 세트 1 개.

염료 감응 형 태양 전지의 작동 원리

염료 감응 태양 전지의 구조는 한쪽에 전기 전도성 층이있는 두 개의 평평한 유리 시트로 구성됩니다. 전도성 코팅은 일반적으로 금속 산화물로 만들어집니다.

다공성 층을 만들기 위해 함께 베이킹 된 약 20nm 크기의 TiO2 결정의 리드 코팅 (약 10μm)이 두 유리 조각 사이에서 식별됩니다.

그런 다음 염료를이 다공성 코팅 위에 놓습니다. 업계에서 감광 태양 전지용으로 선택한 염료는 귀금속 루테늄을 포함합니다.

그러나 자연적으로 사용 가능한 적색 염료는 목적에 따라 테스트에 사용할 수 있습니다. 티타늄 산화물 결정의 매우 작은 크기와 그 사이의 간격으로 인해 다공성 구조는 큰 유효 표면적을 포함하고 염료 코팅은 현저하게 얇습니다.

염료는 전기 전도체가 형편 없기 때문에 올바른 작동을 위해 중요합니다.

광선이 염료 분자에 닿는 순간 전자를 이산화 티타늄으로 쏘아 올립니다.

전자는 산화 티타늄과 유리 시트 사이에 위치한 전도성 코팅 (작업 전극)에 모입니다.

반대 전극으로 기능하기 위해서는 뒷면에 하나 이상의 전도 층이 필요하며, 전극 사이의 틈에는 전해질 용액이 제공됩니다.

이것은 매우 휘발성이 있고 독성이있는 산업용 아세토 니트릴 전해질보다 단순한 요오드 염 용액이 적용되는 곳입니다. 전해질 용액의 삼 요오드화물 분자는 요오드화물 분자를 형성하기 위해 상대 전극에 도달하도록 '강제'됩니다.

이것은 촉매가 전극에 도입되고 연필에서 흑연이 들어오는 곳인 경우에만 발생합니다. 산업 수준에서 사용되는 촉매는 고가의 백금입니다.

이 실험에는 전자가 필요합니다. 다른 전극에있는 전자의 과잉은 도청 할 수있는 전위를 생성합니다.

전극이 부하를 사용하여 외부에서 연결되면 전류 흐름이 발생할 수 있습니다.

용액 내의 요오드화물 분자는 전자를 염료로 버리고 전기 회로를 완성하는 과정에서 삼 요오드화물 분자로 전환됩니다.

태양 전지의 기판은 투명하고 전도성이있는 금속 산화물 층 (예 : 산화 아연)이있는 약 2mm 두께의 일반 창 유리입니다. 안타깝게도이 코팅은 직접 만들 수 없습니다.

단계별 절차

염료 감응 형 태양 전지를 만드는 단계별 과정은 아래에 설명과 그림을 통해 설명한다.

티타늄 분말의 입자 크기는 아래와 같이 약 15-25nm입니다.

1. 섞어 폴리에틸렌 글리콜 , 유성 유화제이며 점성 크림이 될 때까지 혼합물을 조심스럽게 저어줍니다.

2) 전해질의 경우 에탄올에서 요오드를 선택할 수 있지만 결과는 시판되는 산화 환원 전해질에 비해 평균 이하일 수 있습니다.

3) 멀티 미터 장치를 잡고 저항 범위를 설정하여 유리 조각의 어느면이 전도성인지 확인합니다.

4) 다음으로, Sellotape를 사용하여 테이블에 유리를 고정하고 전도성면을 위로 향하게합니다.

5) 피펫이있는 경우 TiO2 크림 또는 페이스트를 일부 빼내고 유리의 전도성 표면에 몇 방울 떨어 뜨립니다.

6) 그런 다음 플라스틱 카드 또는 다른 유리 조각을 사용하여 방울을 철저히 치십시오. 유리 조각을 Tio2 페이스트 위에 부드럽게 밀어서 균일 한 코팅을하십시오.

7) 다음으로, 유리 주위의 셀로 테이프를 테이블에서 빼냅니다.

8) 오븐 또는 가스 렌지와 같은 화염 위에 코팅을 굽는 것이 좋습니다. 예상 온도는 약 450 ° C입니다. 설정이 완료되면 버너 불꽃 위에 몇 센티미터 떨어진 곳에 서포트 스크린을 배치하고 그 위에 TiO2 코팅이있는 유리 조각을 배치합니다.

9) 산화 티타늄 층은 유기 성분으로 인해 베이킹 절차가 시작될 때 갈색으로 변합니다. 그러나 공정이 끝날 때 TiO2의 색상이 흰색으로 바뀌는 지 확인해야합니다.

10) 유리가 깨질 수있는 적절한 냉각 시간을 허용하는 것이 좋습니다. 팁은 유리를 서늘한 영역 (일반적으로 가장자리 근처)으로 밀고 뜨거운 화면에서 급하게 옮기지 않는 것입니다.

11) 끓는 물에 과일 차를 준비 할 때입니다. 실험에서 우리는 더 적은 물과 더 많은 티백을 사용했습니다. 양조 한 과일 차 용액을 큰 그릇에 붓습니다. 과일 티백이 없다면 붉은 사탕무 주스, 라즈베리 주스 또는 붉은 잉크로 갈 수 있습니다.

12) 유리 조각이 실온 근처에 도달하면 조심스럽게 그릇에 밀어 넣고 몇 분 동안 담글 수 있습니다.

13) 담그는 과정이 진행됨에 따라 두 번째 유리 조각의 전도성면을 연필로 얻을 수있는 많은 흑연으로 덮을 수 있습니다. 이 코팅은 전극에서 전해질로 전자를 전달하는 촉매 역할을합니다.

14) 그런 다음 차 욕조에서 전도성 유리 조각을 꺼냅니다. 산화 티타늄 층은 차의 색을 흡수합니다 (사진 중앙 참조). 그 후 깨끗한 물이나 에탄올로 유리를 헹구고 헤어 드라이어를 사용하여 모든 물방울을 제거하십시오 .

15) 다음으로 두 개의 유리 조각을 서로 마주 보는 전도성 표면과 끝이 오프셋되도록 정렬합니다. TiO2가 문질러 질 수 있으므로 두 안경이 미끄러지지 않도록 각별히주의해야합니다.

16) 그 후 종이 클립을 사용하여 유리 조각을 함께 고정 할 수 있습니다 (약간 수정하거나 일반 Sellotape를 감아 서 사용).

17) 이제 두 개의 유리 조각 사이에 전해질을 추가하십시오. 유리 조각의 각면에 전해질 몇 방울을 떨어 뜨리는 것이 좋습니다. 그러면 모세관 작용으로 인해 유리 사이에 전해질이 그려집니다.

18) 이제 과일 주스 기반의 염료 감응 태양 전지를 테스트 할 준비가되었습니다. 멀티 미터를 사용하여 전압 (약 0.4V)과 전류 (약 1mA)를 측정 할 수 있습니다. 스튜디오의 조명으로 인해 결과가 약간 다를 수 있습니다. 또한 여러 개의 악어 클립을 사용하여 더 많은 셀을 연속적으로 확장 할 수 있습니다.

산업화 된 염료 감응 태양 전지와 마찬가지로 유리 조각을 밀봉하는 단계는 무시할 것입니다. 이를 통해 우리는 유리 조각을 다시 사용할 수 있으며이 경우 유리 조각을 분리하고 물로 표면을 철저히 씻고 부드럽게 문지르기만하면됩니다. 그래파이트 코팅을 완전히 제거하는 것은 불가능하므로 향후 실험에서 정확한 목적을 위해 카운터 전극 유리를 다시 사용하는 것이 좋습니다.

이미지 제공 : youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0