Ячейка гретцеля своими руками
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 08.09.2024
Человечество уже давно ищет альтернативные источники энергии. Одним из таких стало солнце, но нынешние солнечные батареи на основе кремния достаточно дорогие в производстве, а также они не такие экологически чистые, как кажется на первый взгляд. Положение спасает разработка Михаэля Гретцеля – ячейка солнечной батареи, которая стала по-настоящему экологически чистой, кроме того она оказалась дешевле кремниевой, но её эффективность крайне мала.
Цель
Получение экологически чистых солнечных батарей на основе природного пигмента (хлорофилла)
Задачи
- Получение хлорофилла из водорослей Spirulinaplatensis
- Переметаллирование хлорофилла или его производного
- Подбор полупроводника
- Подбор электролита
- Сбор ячейки
- Исследование эффективности ячейки
Описание
Ячейка Гретцеля – солнечная батарея на органическом красителе, состоит из пластинки электропроводящего стекла, на которую нанесён слой белил из диоксида титана, являющегося полупроводником. Поверх белил располагается слой специального органического красителя, а к стеклу подведены токоприёмники. Особенностью красителя является то, что под воздействием солнечного света он выделяет электроны.
В ходе работы был получен хлорофилл, проведено его переметаллизирование.
В настоящее время в ячейках Гретцеля в качестве полупроводника используется диоксид титана (TiO2). Ячейка работает только на полупроводниках с широкой запрещённой зоной. Автор предлагает использовать диоксид олова (SnO2), в ширине запрещённой зоны он не уступает диоксиду титана, так как его проще получить и стоимость его ниже.
В качестве электролита был использован йод, который должен участвовать в восстановлении красителя. Краситель был нанесён на полупроводник.
Была собрана ячейка, в качестве анода использовался углерод. Полупроводник был нанесён на стекло, покрытое углеродом. Между двух стёкол добавлялся электролит, фольгу использовали в качестве катода. Было измерено напряжение в ячейке. В качестве источника света выступала лампа дневного света.
Рисунок 1. Исходные тонкие пленки титана, полученные на стеклянной подложке, покрытой легированным фтором диоксидом титана (FTO). a. Изображение, полученное методом эмиссионной сканирующей электронной микроскопии для поперечного сечения пленки толщиной 20 мкм. На вставке представлен вид пленки сверху. b. Спектр отражения пленок. На вставке представлены фотографии пленок (t толщина пленки).
Рисунок 2. Пленки массивов нанотрубок диоксида титана, нанесенные на стекло, покрытое FTO. a. Изображение, полученное методом эмиссионной сканирующей электронной микроскопии массива нанотрубок длиной 20 мкм. b. Вид нанотрубок сверху. c. Фотографии прозрачных пленок различной толщины (L). d. Фотография, полученная методом просвечивающей эмиссионной микроскопии и микродифракционная электронограмма участка нанотрубки длиной 17.6 мкм, изготовленная из титановой пленки толщиной 20 мкм. Микродифракция электронов доказывает присутствие фазы анатаза.
Рисунок 3. Оптический спектр пленок нанотрубок диоксида титана. Сплошная кривая характеризует пропускание пленок нанотрубок TiO2 различной длины. Нанотрубки длиной 33 мкм и более были получены при напряжении 30 В и обладают размером пор 95 нм и толщину стенок 10 нм. Исключением является пленка толщиной 4 мм, полученная при напряжении 15 В, обладающая порами размером 58 нм и толщиной стенок 10 нм. Эта пленка демонстрирует увеличенное пропускание (черная кривая) по сравнению с пленкой той же толщины, но с порами размером 95 нм (пурпурная кривая). Спектр отражения TEC 15 и пленки нанотрубок длиной 0.8 мкм на TEC 15 изображены как штриховая линия.
Улучшая ячейку Гретцеля
20 сентября 2009
С каждым годом развитые страны стараются увеличивать удельный вес возобновляемых источников энергии в своем топливно-энергетическом комплексе. Несмотря на огромные усилия, предпринимаемые в последние десятилетия в этой области, и достижение определенных успехов, эффективность солнечной и ветроэнергетики, наиболее безопасных и экологичных возобновляемых источников энергии, остается довольно низкой, а, следовательно, достаточно дорогой. По этой причине в плане повышения эффективности перспективным типом солнечных батарей является фотосенсибилизированные солнечные батареи (ячейки Гретцеля). Объяснением тому служит низкая себестоимость и простота производства такого типа солнечных батарей. Кратко об устройстве ячейки Гретцеля можно прочитать здесь.
В последнее время появился ряд исследований, в которых описывается получение ячеек, в которых вместо высокопористого нанокристаллического диоксида титана используется массив нанотрубок TiO2 в виде мембран, нанесенных на стекло, покрытое диоксидом олова, легированным фтором (FTO) для повышения электропроводности. Однако создатели такой разновидности ячейки Гретцеля столкнулись с тремя проблемами. Первая проблема - это трудность получения однородной, низкопористой пленки диоксида титана толщиной 10 мкм на поверхности FTO, обладающей достаточной высокой адгезией, сопротивлением к негативному воздействию термических и других процессам, протекающим при производстве ячейки Гретцеля. Во-вторых, необходимо добиться равномерной прозрачности пленки диоксида титана. И, наконец, в-третьих, в настоящее время затруднительно получить нанотрубки значительной длины во фторсодержащих безводных органических электролитах, использующихся при анодировании, избегая при этом "сколов" и агрегации нанотрубок.
1) фотосенсибилизированные КРАСИТЕЛЕМ солнечные батарейки
2)необходимо добиться равномерной прозрачности пленки диоксида титана
Оксид титана (как и оксид цинка) в видимом диапазое будет прозрачным (Eg=3.3 eV ) или слабо-поглощающим за счет дефектов. Основная проблема -чтобы краситель на оксиде эффективно поглощал свет, а для этого его слишком мало (удельная поверхность пленки трубок сильно уступает пленке спеченных наночастиц диаметром 10-20 нм).
Этим и объясняется требование большой толщины пленки.
3) автор заметки явно не обратил внимание, что в статье сначала магнетронным напылением получили пленку металлического титана, которую затем окисляли (об этом, кстати, и разговор про электролиты с HF).
Титан пылится плохо - отсюда и проблемы с напылением.
4) про деградацию FTO (=fluorine-doped tin oxide) говорят уже давно. Этот прозрачный проводящий оксид сейчас "в моде" в связи с разговорами о дороговизне легированного оксида индия ITO (=indium tin oxide).
Ладно, кончаю критиковать.
В следующий раз, пожалуйста, внимательнее читайте статью.
Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь
С Новым годом!
Мы надеемся, что Новый год принесет всем удачи, новые достижения, откроет перспективы и сделает мир лучше. Поздравляем всех с Новым годом!
Электронные материалы Заочной Научно - Технологической Школы - 2021
А.А.Семенова , Е.А.Гудилин , коллектив авторов
С 15 ноября по 15 декабря 2021 в рамках XVI Всероссийской Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" проведено подготовительное мероприятие для потенциальных участников Олимпиады - Заочная Научно-Технологическая Школа (ЗНТШ'2021). В этой статье собраны основные факты и сборник электронных материалов ЗНТШ.
Эра технопредпринимательства
В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.
Технопредпринимательство в эпоху COVID-19
Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.
Технонано
Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.
Солнечные батареи - одни из самых популярных устройств среди альтернативных источников энергии. Но несмотря на то, что их производство давно налажено, а каждый год появляются все более эффективные модели, им еще далеко до идеального решения. КПД таких батарей все еще слишком низок, а затраты на производство довольно высоки. К тому же, многие производимые на сегодняшний день версии таких батарей не очень надежны и имеют высокий процент отказов в процессе эксплуатации.
Но сотрудникам Северо-Западного Университета (Northwestern University) США удалось создать совершенно новый тип солнечной ячейки, которая стабилизирована красителем. Батарея на основе таких ячеек может стать более дешевой и доступной, чем современные варианты с кремниевыми ячейками. Ученые предложили заменить жидкий электролит в ячейке Гретцеля, который испаряется и зачастую оказывает негативное воздействие на конструкцию ячейки, твердым материалом, лишенным всех этих недостатков.
В качестве такого материала была выбрана тонкая пленка, состоящая из цезия, олова и йода. Все три составляющие добавляются в конструкцию в жидком виде, а после обработки красителем кристаллизуются и переходят в твердое состояние.
По мнению создателей инновационных ячеек, их разработка поможет значительно повысить уровень надежности и эффективность солнечной батареи.
Немало интересных технологичных новинок поведает Вам специализированный it блог, где просто море информации на самые актуальные темы. Вливайтесь в сообщество любителей высоких технологий, ведь за этим будущее!
Исследователи из Томского государственного университета совместно с коллегами РАН создают новый вид солнечных батарей на основе ячеек Гретцеля.
Michael Macor/San Francisco Chronicle/Corbis
Ячейка Гретцеля представляет собой третье поколение фотоэлектрических технологий. Изготавливается из дешёвых материалов и не нуждается в сложном оборудовании.
Технология, разрабатываемая российскими учёными, предусматривает применение оксидных наноматериалов и их композиций. Растворы, из которых получают оксидные композиции, можно нанести на любой гибкий носитель: ткань, металлические и полимерные материалы, тонкое стекло. После запекания на поверхности носителя образуется тончайшее композитное покрытие, обладающее способностью преобразовывать солнечный свет в электроэнергию.
Технически сложность метода заключается в том, что нужно разработать низкотемпературный способ получения наночастиц оксидов и их композиций, чтобы наночастицы при запекании надёжно закрепились в структуре материала и не вымывались из него, скажем, при стирке (если речь идёт о ткани) и в процессе эксплуатации.
Ожидается, что новая технология найдёт применение в быту, сельском хозяйстве, оборонной промышленности и других сферах. Кроме того, она позволит создавать ткань, обладающую способностью генерировать тепло из солнечного света: одежда из такого материала окажется весьма кстати в северных районах.
Читайте также: