如何制作染料敏化太阳能电池或果茶太阳能电池

染料敏化太阳能电池的创新扩大了该设备的潜力，有可能完全取代昂贵的硅太阳能电池。

下面的文章解释了如何使用非常普通的材料轻松地构建这种多功能的染料敏化太阳能电池。

这个实验依赖于利用植物中的有机化合物的概念，特别是在太阳能电池中作为电子供体的有机染料。

在太阳能电池中，我们使用的不是半导体材料硅，而是钛氧化物(TiO2)，它也是一种半导体。如果用有机染料“敏化”二氧化钛，它的特性使其能够更好地吸收阳光。

染料敏化太阳能电池的效率比传统太阳能电池的1 / 3高出7%。虽然这并不是一个广泛的优势，但染料敏化太阳能电池比硅电池更便宜，因为它的制造过程更简单，硅电池也比较复杂。

太阳能电池的未来?

尽管染料敏化太阳能电池要在商业上取得成功可能还需要几年时间，但只要解决了某些问题，它就会走在正确的道路上。

首先，细胞的长期稳定性问题必须解决，因为氧气最终会随着时间的推移而破坏它。

可以从覆盆子或果茶中提取一种合适的染料。添加一些其他组件，如低发射率(low-E)玻璃和钛氧化物，你就有自己的所有材料来构建工具包。在本实验中，我们使用玫瑰花茶作为红色染料。

所需的材料

• 一侧有导电层的片状玻璃(片)。这些都有套件，可以在网上找到。另外，你也可以使用low-E玻璃，这些可以从玻璃制造商那里获得，因为这种材料被用于制造隔热窗。我们建议购买尺寸为5 x 2厘米的两块。
• 二氧化钛和聚乙二醇。后者是各种软膏的标准成分，但在这个实验中，它被用来悬浮氧化钛。
• 这些东西可以从当地的药店买到。你还必须确保聚乙二醇的分子量是300除了是液体。
• 如果你从网上购买你的装备，它通常带有一个白色的悬挂，这使事情更容易。您可以确定TiO2的颗粒大小是精确的(大约。20nm)和精细隔离，如果你自己做，这是非常具有挑战性的。
• 你可以包括白色牙膏，Tipp-Ex，白色油漆或类似的含有钛氧化物的物质作为增白剂。
• 在这个实验中，我们使用了碘在65%乙醇中的溶液作为电解质。虽然这种电池性能不错，但它只能产生典型电解液的三分之一的电流。
• 在我们的测试中使用的果茶是玫瑰果，但木槿也可以。
• 煤气灶和打火机。
• 一个实验室支架，配有夹具、环和屏幕。筛网的作用是在烘烤时支撑玻璃。
• 一个移液管，但如果你没有，可以用茶匙代替，让氧化钛悬浮液滴在玻璃上。
• 镊子，水壶，茶壶，吹风机和透明胶带。
• 一张铝箔纸。
• 培养皿或普通的平底碗或汤盘。
• 石墨铅笔和一块玻璃或塑料卡片，用于铺展氧化钛。
• 一个万用表。

染料敏化太阳能电池是如何工作的

染料敏化太阳能电池的构造是由两片平板玻璃组成，其中一侧有导电层。导电涂层通常由金属氧化物制成。

细的涂层(约。10 μm)大小约20纳米的二氧化钛晶体，经过烘烤形成多孔层，在两块玻璃之间被识别出来。

然后，染料被放置在多孔涂层上。在工业上，用于敏化太阳能电池的染料为贵金属钌。

然而，天然可用的红色染料可用于测试目的。由于氧化钛晶体及其之间的缝隙的微小尺寸，多孔结构包含了巨大的有效表面积，染料涂层非常薄。

这对于正确的操作是至关重要的，因为染料是一个糟糕的导电体。

当一束光线击中染料分子时，它会将一个电子发射到二氧化钛中。

电子聚集在位于氧化钛和玻璃片之间的导电涂层(工作电极)中。

在另一侧需要一个更多的导电层，作为一个对电极，电极之间的间隙提供电解液溶液。

这里使用的是简单的碘盐溶液而不是工业用的乙腈电解液，乙腈是挥发性和毒性很强的。电解质溶液中的三碘分子被“强迫”接触对电极以形成碘分子。

这种情况只有在电极中加入催化剂时才会发生，而这正是铅笔的石墨发挥作用的地方。在工业层面，使用的催化剂是非常昂贵的铂。

这个实验需要电子。另一个电极上多余的电子产生了一个可插入的电势。

如果使用负载将电极连接到外部，就会出现电流流动。

溶液中的碘化物分子将电子释放给染料，并在这个过程中转化为三碘化物分子，从而完成电路。

太阳能电池的基底是一层普通的窗户玻璃，大约2毫米厚，上面有一层透明的导电金属氧化物(比如氧化锌)。很遗憾，这种涂料不能自己做。

步骤

下面通过说明和图片说明染料敏化太阳能电池的一步一步制作过程。

钛粉的粒径约为15-25 nm，如下图所示。

1. 将它与聚乙二醇这是一种油性乳化剂，仔细搅拌混合物，直到形成粘稠的奶油。

2)对于电解质，你可以选择乙醇中的碘，但结果可能低于市场上可用的氧化还原电解质的平均水平。

3)拿起万用表，设置电阻范围，找出玻璃片的哪一面是导电的。

4)接下来，将导电的一面朝上，用透明胶带固定桌子上的玻璃。

5)如果有吸管，取出一些TiO2膏体或膏状物，滴几滴在玻璃的导电表面。

6)然后，用塑料卡片或不同的玻璃片彻底地击打水滴。试着将玻璃片轻轻滑动到Tio2糊上，使涂层均匀。

7)接下来，拉出玻璃周围的透明胶带，把它从桌子上拿开。

8)我们建议把涂层放在烤箱里烤，或者在像煤气炉那样的明火上烤。预计温度在450°C左右。一旦它被设置，安排支持屏幕仅几厘米以上的燃烧器火焰和位置的二氧化钛涂层的玻璃片在它的顶部。

9)氧化钛层由于其有机成分，在烘焙过程开始时就会变成棕色。但你必须确保TiO2的颜色在过程结束时变成白色。

10)我们强烈建议给玻璃适当的冷却时间，否则玻璃有破碎的可能。一个小窍门是把杯子滑到较冷的地方(通常是靠近边缘的地方)，不要匆忙地把它从热屏幕上移开。

11)是时候准备水果茶了。在我们的实验中，我们用了更少的水和更多的茶包。将煮好的果茶溶液倒入一个大碗中。如果你没有水果茶包，你可以用红甜菜汁，树莓汁，甚至红墨水。

12)当玻璃片达到室温左右时，你可以小心地将它放入碗中，让它浸泡几分钟。

13)在浸泡过程中，你可以开始用大量石墨覆盖第二块玻璃的导电面，这种石墨可以从铅笔中获得。这种涂层将作为一种催化剂，将电子从电极传输到电解液中。

14)然后，将导电玻璃片从茶浴中取出。氧化钛层会吸收茶叶的颜色(参考图片中央)。之后，用清水或乙醇冲洗杯子用吹风机把每一滴水都吹走．

15)接下来，安排两个玻璃片在一起，导电表面彼此面对和两端偏移。你必须非常小心，两个玻璃不滑动，因为这可能会导致TiO2被磨掉。

16)之后，可以用回形针(稍作修改或使用普通的透明胶带缠绕它们)将玻璃碎片粘在一起。

17)现在，在两片玻璃之间加入电解液。建议在玻璃片的两侧各滴几滴电解液，由于毛细管作用，玻璃片之间会被拉伸。

18)好了，你的果汁基染料敏化太阳能电池现在可以进行测试了。使用万用表可以测量电压(约0.4 V)和电流(约1毫安)。由于演播室的灯光，结果会有一点不同。此外，您可以使用几个鳄鱼夹来串联地扩展更多的细胞。

我们将不考虑密封玻璃片的步骤，就像工业化的染料敏化太阳能电池那样。这允许我们再次利用玻璃碎片，在这种情况下，你需要做的就是将它们分开，用水彻底清洗它们的表面，并轻轻地擦洗它们。因为完全去除石墨涂层是不可能的，所以我们建议在以后的实验中为了准确的目的再次使用对极玻璃。

图片由:youtube.com/watch ? v = Jw3qCLOXmi0