| Περίληψη: | Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και παρασκευή ευαισθητοποιημένων ηλεκτροχημικών κυψελίδων για την μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη βελτίωση βασικών χαρακτηριστικών των κυψελίδων αυτών, όπως είναι η απόδοση και η σταθερότητά τους.
Για το σκοπό αυτό, κατασκευάστηκαν κυψελίδες αυτού του τύπου και χαρακτηρίστηκαν κυρίως όσο αφορά την απόδοσή τους. Οι κυψελίδες αυτές αποτελούνταν από δύο αγώγιμα υποστρώματα μεταξύ των οποίων παρεμβάλλονται ένα υμένιο ημιαγωγού, ευαισθητοποιητής, ηλεκτρολύτης και λεπτό στρώμα Pt.
Στην αγώγιμη επιφάνεια ενός διαφανούς υποστρώματος (K-glass), με τη μέθοδο doctor blade έγινε απόθεση ενός λεπτού υμενίου ημιαγωγού, το οποίο αποτελείτο από νανοσωματίδια TiO2 και διαδραμάτιζε το ρόλο της ανόδου. Στην επιφάνεια του υμενίου προσροφώνταν τα μόρια του ευαισθητοποιητή (σύμπλοκο ρουθηνίου - χρωστικές Ν719, Ν712 και οργανική χρωστική ΜΚ2). Στην αγώγιμη επιφάνεια ενός δεύτερου διαφανούς υποστρώματος (που διαδραματίζει το ρόλο της καθόδου) έγινε ηλεκτροαπόθεση ενός λεπτού στρώματος καταλύτη λευκόχρυσου (Pt). Ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο για την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλεκτροχημικών κυψελίδων παίζει ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται. Για το λόγο αυτό, δόθηκε ιδιαίτερη σημασία στις ιδιότητες διαφόρων ηλεκτρολυτών και χρησιμοποιήθηκε μία σειρά από ηλεκτρολύτες, ώστε να μελετηθεί η επίδρασή τους σε κυψελίδες ημιαγωγών TiO2. Μεταξύ του ηλεκτροδίου και του αντιηλεκτροδίου παρεμβαλλόταν ηλεκτρολύτης (είτε υγρός, είτε σε μορφή γέλης με προσθήκη ΡΜΜΑ), ο οποίος περιείχε ένα οξειδοαναγωγικό ζεύγος (I⎯/I3⎯, Fc/Fc+, Co+2/Co+3).
Αρχικά, μελετήθηκε η επίδραση που έχει το pH της χρωστικής τόσο στην προσρόφηση στο υμένιο TiO2, όσο και στην μετέπειτα λειτουργία της συσκευής. Βρέθηκε ότι μεγαλύτερη απόδοση δόθηκε από τις κυψελίδες που παρασκευάστηκαν από υμένια ανόδου τα οποία είχαν ευαισθητοποιηθεί σε διάλυμα χρωστικής Ν719 και Ν712+CH3COOH, με pH=6. Η απόδοση αυτή ήταν της τάξεως του 7%. Επομένως, η τιμή του pH του διαλύματος στο οποίο πραγματοποιείται η ευαισθητοποίηση επηρεάζει την απόδοση της κυψελίδας.
Στη συνέχεια, από την φασματική κατανομή IPCE των κυψελίδων που κατασκευάστηκαν με την χρήση διαφορετικών χρωστικών, βρέθηκε ότι οι χρωστικές με σύμπλοκο Ρουθηνίου έχουν μεγαλύτερο εύρος απορρόφησης, καθώς παρατηρούνται δύο τρόποι έκχυσης των ηλεκτρονίων.
Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση του ηλεκτρολύτη και του οξειδοαναγωγικού ζεύγους στον ηλεκτρολύτη. Υψηλότερες αποδόσεις έδιναν τα δείγματα με τον ηλεκτρολύτη ΗΡΕ, με οξειδοαναγωγικό ζεύγος ιωδιδίου/τριωδιδίου.
Στη συνέχεια, εξετάστηκε η επίδραση της θερμοκρασίας σε κυψελίδες με υγρό ηλεκτρολύτη, αλλά και σε κυψελίδες με ηλεκτρολύτη γέλης, στον οποίο έγινε προσθήκη ΡΜΜΑ. Βρέθηκε ότι η απόδοση των συσκευών με ηλεκτρολύτη γέλης αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας, καθώς αυξάνεται η κινητικότητα των ιόντων στον ηλεκτρολύτη.
Τέλος, μελετήθηκε η σταθερότητα των διατάξεων στο χρόνο. Οι συσκευές αποθηκεύτηκαν σε σκοτεινό θάλαμο και μετρούνταν σε τακτά χρονικά διαστήματα. Βρέθηκε ότι μετά από μια μεταβατική περίοδο 10 – 20 ημερών περίπου από την κατασκευή τους, τα δείγματα ήλθαν σε ισορροπία και παρέμειναν στην ίδια κατάσταση για τουλάχιστον 100 ημέρες.
|
|---|
