primena azo boja u izradi fotonaponskih sistemasmeitss.mycpanel.rs/procesing_2017/08.pdf ·...

Primena azo boja u izradi fotonaponskih sistema

Luka MATOVIĆ, Aleksandra MAŠULOVIĆ, Julijana TADIĆ, Jelena LAĐAREVIĆ,

Bojan BOŽIĆ, Branimir GRGUR, Maja RADETIĆ, Dušan MIJIN

OI 172013

30. Međunarodni kongres o procesnoj tehnici – Procesing, Beograd, 1. i 2. jun 2017 30th International Congress on Process Industry – Procesing, Belgrade, 1st and 2nd June 2017

Azo boje

Azo boje poseduju nekoliko prednosti kao fotosenzitizeri:

mogućnost supstitucije različitih hemijskih grupa na glavnu hromoforuR–N=N–R', pri čemu se mogu poboljšavati hemijska i fizikohemijska svojstva ovihmolekula,

imaju velike vrednosti molarnih apsorpcionih koeficijenata, zahvaljujućiintermolekulskim π→π* prelazima i

jeftinije su za proizvodnju i manje štetne po životnu sredinu od boja na bazimetalnih kompleksa


Komponente DSSC



Operativni princip DSSC

• Proces ekscitacije molekula boje:

S + hν S*

• Proces injektiranja elektrona:

S* + TiO2 e-(TiO2) + S+

• Generisanje električne struje:

e− (TiO2) + C.E. TiO2 + e−C.E.

• Regenerisanje molekula boje:

S+ + 3/2 I− S + 1/2 I3−

• Proces redukcije oksidovanog elektrolita:

1/2 I3- + e-

C.E. 3/2 I- + C.E.

Sinteza azo boje

3-cijano-1-etilhidroksi-6-hidroksi-5-(4-karboksifenilazo)-4-metil-2-piridon


Priprema solarne ćelije

Priprema stakla i utvrđivanje konduktivne strane


Nanošenje TiO2 na pločicu – doktor blejd (eng. doctor blade) tehnika


Sinterovanje sloja TiO2


Nanošenje boje

Potapanje pločice koja sadrži nanet sloj TiO2 u zasićen rastvor boje

Nakapavanje zasićenog rastvora boje na pločicu, tj. na sloj TiO2 adsorbovanog na staklenom supstratu



Priprema kontra (suprotne) elektrode


Sastavljanje solrane ćelije


A – otpornik

B – multimetar

C – ampermetar

D – DSSC

Shema uređaja fotonaponskog sistema

Rezultati eksperienta

16 fotoanoda

Varirani parametri: pH rastvora boje

koncentracija boje u rastvoru

debljina sloja TiO2

CIELAB


ΔL* - razlika u svetlini između referentnog i ispitivanog uzorkaΔa* - razlika na crveno-zelenoj osi između referentnog i ispitivanog uzorkaΔb*- razlika na žutoj-plavoj osi između referentnog i ispitivanog uzorkaΔEab

* - apsolutna razlika boja između referentnog i ispitivanog uzorka

Razlika u obojenju referentnog uzorka i uzoraka 1-8, pri različitim koncentracijama rastvora boje i pH


UzorakKoncentracija boje

[mol/dm3]pH ΔEab

*

1 0,030 4,0 85,29

2 0,012 5,0 84,71

3 0,058 5,0 83,52

4 0,060 5,5 83,49

5 0,060 4,5 83,47

6 0,060 4,0 82,27

7 0,058 6,5 80,17

8 0,120 6,0 79,46

Razlika u obojenju referentnog uzorka i uzoraka 1-4, pri različitim koncentracijama rastvora boje i debljini poluprovodnog sloja TiO2


UzorakKoncentracija boje

[mol/dm3]Debljina sloja TiO2[µm] ΔEab

*

9 0,176 2×43 86,16

10 0,176 3×43 73,29

11 0,176 4×43 82,69

12 0,176 5×43 83,29

13 1,760 2×43 76,47

14 1,760 3×43 86,57

15 1,760 4×43 83,55

16 1,760 5×43 80,55

I-U vrednosti merenja solarne ćelije bez nanetog senzitizera (boje) na poluprovodni sloj TiO2


U [mV] I [ μA] Otpornost [Ω]

434 0 otvoreno kolo346 14 11

×1000

331 16 9311 18 7284 22 5243 28 3174 39 1115 42 11

×100

99 48 980 49 763 51 544 52 323 54 112 54 11 ×100 54 0 ×0


0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

I [ μ

A]

U [mV]

Dijagram zavisnosti jačine generisane struje od napona

I-U vrednosti merenja solarne ćelije 1 koja sadrži 3-cijano-1-etilhidroksi-6-hidroksi-5-(4-karboksifenilazo)-4-metil-2-piridon kao senzitizer


U [mV] I [ μA] Otpornost [Ω]

678 0 otvoreno kolo568 48 11

×1000

548 53 9522 63 7482 75 5418 77 3304 89 1221 91 11

×100

193 94 9163 100 7130 105 595 113 353 122 130 126 11 ×100 130 0 ×0


0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800

I [ μ

A]

U [mV]

Solarna ćelija bezsenzitizera nanetog natitanijum-dioksid

Solarna ćelija sasenzitizerom nanetogna titanijum-dioksid

Dijagram zavisnosti jačine generisane struje solarne ćelije sa i bez senzitizera

I-U vrednosti merenja solarne ćelije koja sadrži 3-cijano-1-etilhidroksi-6-hidroksi-5-(4-karboksifenilazo)-4-metil-2-piridon kao senzitizer


U [mV] I [ μA] U [mV]* I [ μA]* Otpornost [Ω]

616 0 669 0 otvoreno kolo518 20 530 21 11

×1000

498 24 501 24 9470 28 470 28 7435 34 427 34 5397 44 364 43 3

280 62 258 58 1

190 78 175 72 11

×100

166 82 153 75 9140 85 128 79 7110 90 102 83 580 94 73 87 344 101 40 92 125 104 22 93 11 ×100 110 0 94 0 ×0

*merenja izvršena neposrednonakon nakapavanja elektrolita

**merenja izvršena 5 minuta nakon nakapavanja elektrolita


Dijagram zavisnosti jačine generisane struje od napona solarne ćelije nakon nakapavanja i 5 minuta nakon nakapavanja elektrolita

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700 800

I [ μ

A]

U [mV]

Vrednosti jačine generisanestruje i napona dobijeneodmah nakon nakapavanjaelektrolita

Vrednosti jačine genereisanestruje i napona dobijene 5minuta nakon nakapavanjaelektrolita

Vrednosti jačine generisanestruje i napona referentnesolarne ćelije

Eksperimentalno dobijeni podaci PV karakteristika solarnih ćelija sa 3-cijano-1-etilhidroksi-6-hidroksi-5-(4-karboksifenilazo)-4-metil-2-piridonom kao senzitizerom


Uzorak JSC[mA/cm2] UOC[mV] Pmax[µW] FF η [%]

1 0,0325 678 36,15 0,41 0,03

2 0,041 665 29,16 0,27 0,025

3 0,027* 0,023** 616* 669** 17047* 15,62** 0,26* 0,25** 0,014* 0,013**

* merenja izvršena neposredno nakon nakapavanja elektrolita**merenja izvršena 5 minuta nakon nakapavanja elektrolita

JSC – gustina generisane struje kratkog spojaUOC – napon otvorenog kolaPmax – maksimalna snaga solarne ćelijeFF – faktor punoćeη – efikasnost solarne ćelije

Zaključak


•Došlo je do adsorpcije boje na sloj poluprovodnog oksida TiO2

•Optimalna pH vrednost za adsorpciju iznosi 4,0•Uticaj koncetracija boje u rastvoru na adsorpciju zavisi od debljine slojapoluprovodnog oksida•3-cijano-1-etilhidroksi-6-hidroksi-5-(4-karboksifenilazo)-4-metil-2 piridonima ulogu senzitizera

3-cijano-1-etilhidroksi-6-hidroksi-5-(4-karboksifenilazo)-4-metil-2-piridon

Hvala na pažnji!


OI 172013

primena azo boja u izradi fotonaponskih sistemasmeitss.mycpanel.rs/procesing_2017/08.pdf ·...

Documents