Cara Membuat Sel Suria Deria atau Sel Suria dari Teh Buah

Inovasi sel solar yang peka dengan pewarna telah memperluas potensi peranti hingga ke tahap di mana ia sepenuhnya dapat mengeluarkan sel solar silikon yang mahal.

Artikel berikut menerangkan bagaimana anda boleh membina sel solar peka pewarna serba guna ini dengan mudah menggunakan bahan biasa.

Eksperimen ini bergantung pada konsep penggunaan sebatian organik pada tumbuhan, terutamanya pewarna organik untuk bertindak sebagai penderma elektron dalam sel suria.

Daripada silikon bahan semikonduktor di sel suria, kami telah menggunakan titanium oksida (TiO2), yang juga merupakan semikonduktor. Sifat TiO2 memungkinkannya menyerap cahaya matahari dengan lebih baik sekiranya ‘peka’ dengan pewarna organik.

Kecekapan sel suria yang peka pewarna adalah 7% lebih tinggi daripada sepertiga kecekapan sel suria konvensional. Walaupun ini bukan kelebihan yang luas, sel solar yang peka dengan pewarna lebih murah kerana proses pembuatannya lebih sederhana berbanding dengan sel silikon yang juga rumit.

Sel Suria Masa Depan?

Walaupun mungkin memerlukan masa beberapa tahun untuk sel solar yang peka pewarna berjaya, ia akan tetap berada di jalan yang betul dengan syarat masalah tertentu dapat diselesaikan.

Pertama, masalah kestabilan jangka panjang sel harus ditangani kerana oksigen akhirnya merosakkannya dari masa ke masa.

Pewarna yang sesuai boleh diambil dari raspberi atau teh buah. Tambahkan beberapa komponen lain seperti kaca rendah emisi (low-E) dan titanium oksida, dan anda sendiri mempunyai semua bahan untuk membina kit. Dalam eksperimen ini, kami menggunakan teh mawar untuk pewarna merah.

Bahan yang Diperlukan

• Lembaran kaca (kepingan) dengan lapisan arus yang mengalir di satu sisi. Ini boleh didapati dalam kit dan boleh didapati dalam talian. Sebagai alternatif, anda boleh menggunakan kaca E rendah dan ini boleh didapati dari glazer, kerana bahannya digabungkan dalam pembuatan tingkap penebat haba. Kami mengesyorkan mendapatkan dua keping dengan dimensi 5 x 2 cm.
• TiO2 dan polietilena glikol. Yang terakhir adalah ramuan standard dalam pelbagai salap tetapi dalam eksperimen ini, ia digunakan untuk menangguhkan titanium oksida.
• Barang-barang ini boleh dibeli dari ahli kimia tempatan. Anda juga harus memastikan polietilena glikol mempunyai berat molekul 300 selain cairan.
• Sekiranya anda membeli kit anda dari internet, ia biasanya dilengkapi dengan penggantungan putih, yang menjadikan semuanya lebih mudah. Anda pasti dapat mengetahui bahawa ukuran zarah TiO2 tepat (kira-kira 20nm) dan terisolasi halus, yang sangat sukar untuk diperoleh sekiranya anda melakukannya sendiri.
• Anda boleh memasukkan ubat gigi putih, Tipp-Ex, cat putih atau bahan serupa yang mengandungi titanium oksida sebagai pemutih.
• Dalam eksperimen ini, kami telah menggunakan larutan yodium dalam etanol 65% sebagai elektrolit. Walaupun ini berkinerja baik, ia hanya menghasilkan sepertiga arus berbanding elektrolit biasa.
• Teh buah yang digunakan dalam ujian kami adalah bunga ros, tetapi bunga raya juga berfungsi.
• Kompor perkhemahan gas dan lebih ringan.
• Satu pendirian makmal dengan pengapit, cincin dan skrin. Fungsi skrin adalah menyokong kaca semasa memanggang.
• Pipet tetapi jika anda tidak memilikinya, satu sendok teh boleh digunakan sebagai pengganti dengan membiarkan penggantungan titanium oksida menetes di kaca.
• Pinset, cerek, teko, pengering rambut dan Sellotape.
• Selembar aluminium foil.
• Hidangan petri atau mangkuk rata atau sup sup biasa.
• Pensel grafit dan sekeping kad kaca atau plastik untuk menyebarkan titanium oksida.
• Satu set multimeter.

Bagaimana Sel Suria yang peka Dye Berfungsi

Pembinaan sel solar peka pewarna terdiri daripada dua kepingan kaca rata dengan lapisan konduktif elektrik di satu sisi. Lapisan konduktif biasanya dibuat dari logam oksida.

Lapisan reedy (kira-kira 10 μm) kristal TiO2 berukuran kira-kira 20 nm yang telah dibakar bersama-sama untuk membuat lapisan berpori, dikenal pasti di antara dua kepingan kaca.

Kemudian, pewarna diletakkan pada lapisan berliang ini. Dalam industri, pewarna yang dipilih untuk sel solar yang peka terdiri daripada ruthenium logam mulia.

Walau bagaimanapun, pewarna merah yang tersedia secara semula jadi dapat digunakan untuk tujuan ujian. Kerana ukuran kristal titanium oksida yang sangat kecil dan jurang di antara keduanya, struktur berpori mengandungi luas permukaan berkesan yang besar dan lapisan pewarna sangat tipis.

Ini sangat penting untuk operasi yang betul kerana pewarna adalah konduktor elektrik yang buruk.

Pada saat sinar cahaya memukul molekul pewarna, ia memancarkan elektron ke dalam titanium dioksida.

Elektron berkumpul di lapisan konduktif (elektrod kerja) yang diletakkan di antara titanium oksida dan kepingan kaca.

Satu lagi lapisan konduktif diperlukan di bahagian flip untuk berfungsi sebagai elektrod kontra, dan jurang antara elektrod dilengkapi dengan larutan elektrolit.

Di sinilah larutan garam yodium sederhana digunakan daripada elektrolit asetonitril industri yang sangat mudah meruap dan beracun. Molekul tri-iodida dalam larutan elektrolit 'terpaksa' dijangkau dengan elektrod pembilang untuk membentuk molekul iodida.

Ini berlaku hanya jika pemangkin diperkenalkan ke elektrod dan di situlah grafit dari pensil masuk. Untuk peringkat industri, pemangkin yang digunakan adalah platinum yang sangat mahal.

Eksperimen ini menuntut elektron. Lebihan elektron pada elektrod lain menghasilkan potensi elektrik yang dapat dimanfaatkan.

Aliran arus boleh berlaku jika elektrod disambungkan secara luaran menggunakan beban.

Molekul iodida dalam larutan melepaskan elektron menjadi pewarna dan bertukar menjadi molekul tri-iodida semasa proses yang sebagai gantinya melengkapkan litar elektrik.

Substrat sel suria adalah kaca tingkap biasa yang setebal sekitar 2mm dengan lapisan oksida logam yang jelas dan konduktif (seperti Zink Oksida). Malangnya, lapisan ini tidak boleh dibuat sendiri.

Prosedur Langkah demi Langkah

Prosedur langkah demi langkah pembuatan sel solar yang peka pewarna digambarkan di bawah melalui penjelasan dan gambar.

Ukuran zarah serbuk titanium sekitar 15-25 nm, seperti yang ditunjukkan di bawah.

1. Campurkan dengan polietilena glikol , yang merupakan agen pengemulsi berminyak, dan kacau ramuannya dengan teliti sehingga krim likat tercapai.

2) Untuk elektrolit, anda boleh memilih yodium dalam etanol, tetapi hasilnya mungkin di bawah purata berbanding dengan elektrolit redoks yang tersedia secara komersial.

3) Ambil unit multimeter dan tetapkan jarak rintangan untuk mengetahui bahagian kepingan kaca mana yang konduktif.

4) Seterusnya, pasangkan gelas di atas meja menggunakan Sellotape sambil meletakkan sisi konduktif menghadap ke atas.

5) Sekiranya anda mempunyai pipet, keluarkan sebilangan krim atau tampal TiO2, dan letakkan beberapa tetes pada permukaan kaca yang konduktif.

6) Kemudian, dengan menggunakan kad plastik atau sekeping kaca yang lain, pukul tetes dengan teliti. Cuba dapatkan lapisan seragam dengan perlahan-lahan melekatkan bahagian kaca di atas pes Tio2.

7) Seterusnya, keluarkan pita jual di sekitar gelas itu bebas dari meja.

8) Kami mengesyorkan membakar lapisan di dalam ketuhar atau di atas api terbuka seperti dapur gas. Suhu yang diharapkan adalah sekitar 450 ° C. Setelah dipasang, susun skrin sokongan hanya beberapa sentimeter di atas api pembakar dan letakkan bahagian kaca dengan lapisan TiO2 di atasnya.

9) Lapisan titanium oksida akan berubah warnanya menjadi coklat pada awal prosedur penaik kerana kandungan organiknya. Tetapi anda harus memastikan warna TiO2 berubah menjadi putih semasa akhir proses.

10) Kami sangat menasihatkan agar membiarkan masa penyejukan kaca yang betul jika tidak ada kemungkinan ia akan pecah. Petua adalah dengan meluncurkan kaca ke kawasan yang lebih sejuk (biasanya berhampiran tepi) dan tidak membuangnya dari skrin panas.

11) Sudah tiba masanya untuk menyediakan teh buah dengan air mendidih. Dalam eksperimen kami, kami menggunakan lebih sedikit air dan lebih banyak beg teh. Tuangkan larutan teh buah yang diseduh ke dalam mangkuk besar. Sekiranya anda tidak mempunyai beg teh buah, anda boleh menggunakan jus bit merah, jus raspberry atau bahkan dakwat merah.

12) Setelah kepingan kaca mencapai suhu bilik, anda boleh memasukkannya ke dalam mangkuk dengan teliti dan membiarkannya merendam selama beberapa minit.

13) Ketika proses rendaman berlangsung, anda boleh menutup bahagian konduktif sekeping kaca kedua dengan banyak grafit yang dapat diperoleh dari pensil plumbum. Salutan ini akan berfungsi sebagai pemangkin untuk mengangkut elektron ke elektrolit dari elektrod.

14) Kemudian, keluarkan sekeping kaca konduktif dari tab mandi teh. Lapisan titanium oksida akan menyerap warna teh (lihat bahagian tengah gambar). Selepas itu, bilas gelas dengan air bersih atau etanol dan gunakan pengering rambut untuk menghilangkan setiap titisan air .

15) Seterusnya, susun dua kepingan kaca bersama permukaan konduktif yang saling berhadapan dan hujungnya mengimbangi. Anda mesti berhati-hati agar kedua-dua gelas tidak tergelincir kerana boleh menyebabkan TiO2 digosok.

16) Selepas ini, kepingan kaca dapat disatukan menggunakan klip kertas (sedikit diubah suai atau menggunakan Sellotape biasa yang melilitnya.

17) Sekarang, tambahkan elektrolit di antara dua kepingan kaca. Sebaiknya letakkan beberapa tetes elektrolit di setiap sisi kepingan kaca dan ia akan ditarik di antara gelas kerana tindakan kapilari.

18) Itu sahaja, sel solar peka pewarna jus buah anda kini sudah siap untuk diuji. Dengan menggunakan multimeter, anda dapat mengukur voltan (sekitar 0.4 V) dan arus (kira-kira 1 mA). Oleh kerana pencahayaan studio, hasilnya sedikit berbeza. Selanjutnya, anda boleh menggunakan beberapa klip buaya untuk memperluas lebih banyak sel secara bersiri.

Kami akan mengabaikan langkah menutup kepingan kaca, seperti yang dilakukan dengan sel suria yang peka dengan perindustrian. Ini membolehkan kita menggunakan kepingan gelas sekali lagi dan dalam hal ini, yang perlu anda lakukan ialah memisahkannya dan basuh permukaannya dengan air dan gosokkan dengan lembut. Oleh kerana membuang lapisan grafit sepenuhnya tidak mungkin, jadi kami sarankan menggunakan kaca elektrod balas sekali lagi untuk tujuan yang tepat dalam eksperimen masa depan.

Gambar ihsan: youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0