Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων
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 σταθε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2018
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/11785 |
| id |
nemertes-10889-11785 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ευαισθητοποιημένες ηλιακές κυψελίδες Διοξείδιο του τιτανίου Χρωστικές - σύμπλοκα ρουθηνίου Ηλεκτολύτες DSSC Titanium dioxide Dyes - ruthenium complexes Electrolytes 621.312 44 |
| spellingShingle |
Ευαισθητοποιημένες ηλιακές κυψελίδες Διοξείδιο του τιτανίου Χρωστικές - σύμπλοκα ρουθηνίου Ηλεκτολύτες DSSC Titanium dioxide Dyes - ruthenium complexes Electrolytes 621.312 44 Αντωνίου, Ιωάννα Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων |
| description |
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. |
| author2 |
Λευθεριώτης, Γεώργιος |
| author_facet |
Λευθεριώτης, Γεώργιος Αντωνίου, Ιωάννα |
| format |
Thesis |
| author |
Αντωνίου, Ιωάννα |
| author_sort |
Αντωνίου, Ιωάννα |
| title |
Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων |
| title_short |
Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων |
| title_full |
Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων |
| title_fullStr |
Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων |
| title_full_unstemmed |
Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων |
| title_sort |
διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων |
| publishDate |
2018 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/11785 |
| work_keys_str_mv |
AT antōniouiōanna diereunēsētōnparagontōnpouepēreazountēnleitourgiakaitēnapodosētōneuaisthētopoiēmenōnēliakōnkypselidōn AT antōniouiōanna investigationofthefactorsaffectingtheperformanceofdyesensitizedsolarcells |
| _version_ |
1771297165730119680 |
| spelling |
nemertes-10889-117852022-09-05T06:57:45Z Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων Investigation of the factors affecting the performance of Dye Sensitized Solar Cells Αντωνίου, Ιωάννα Λευθεριώτης, Γεώργιος Γιαννόπουλος, Σπυρίδων Πομόνη, Αικατερίνη Antoniou, Ioanna Ευαισθητοποιημένες ηλιακές κυψελίδες Διοξείδιο του τιτανίου Χρωστικές - σύμπλοκα ρουθηνίου Ηλεκτολύτες DSSC Titanium dioxide Dyes - ruthenium complexes Electrolytes 621.312 44 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. The aim of this thesis is the design and manufacture of sensitized electrochemical cells for the conversion of solar radiation into electricity. Particular emphasis was placed on the improvement of the basic characteristics of these cells, namely, efficiency and stability. For this purpose, dye-sensitized solar cells were fabricated and characterized mostly as regards their electrical characteristics and the power conversion efficiency. These cells consisted of a conductive substrate with a film semiconductor and a sensitizer, an intervening electrolyte and a platinized counter electrode. On the conductive surface of a transparent substrate (K-glass), acting as the anode, a thin semiconductor film consisting of TiO2 nanoparticles was prepared with the doctor blade method. On the surface of the film, the molecules of the sensitizer (ruthenium complexes - N719, Ν712 and the organic ΜΚ2 dye) were adsorbed. On the conductive surface of a second transparent substrate, acting as the cathode, a thin platinum catalyst layer (Pt) was prepared by electrodeposition. The electrolyte plays a crucial role in the performance of sensitized electrochemical cells. For that reason, significant attention was placed to the properties of various electrolytes, and thus, a series of electrolytes was used to study their effect: Liquid and gel electrolytes (the latter with use of PMMA), were tried, and various redox couples (namely I⎯/I3⎯, Fc/Fc+, Co+2/Co+3) were tested. A study concerning the effect of pH on the absorption on TiO2 film and the performance of devices was conducted. It was found that a higher efficiency was obtained from anode films sensitized to a solution of dye N719 and N712 + CH3COOH, with pH = 6. This efficiency was 7%. Therefore, the pH value of the solution in which the sensitization occurs affects the cell performance. Subsequently, from the spectral distribution of IPCE of devices made using different dyes, Ruthenium complex dyes have been found to have greater bandwidth absorption, as two pathways of electron extraction were observed. Next, the effect of the electrolyte and the electrolyte’s redox couple was studied. Samples with the commercial HPE electrolyte and with an iodine/triiodide redox couple exhibited the best power conversion efficiency. Next, the effect of temperature on cells with liquid electrolyte was examined, but also in cells with gel electrolyte with PMMA added. It has been found that the efficiency of devices with gel electrolytes increases considerably with increasing temperature as ion mobility within the electrolyte increases. Finally, the stability of DSSC devices was examined. The devices were stored in a dark chamber and measurements were taken at regular time intervals. It was found that after a transitional period of 10 - 20 days post fabrication, the devices stabilized for a period up to 100 days. 2018-12-03T08:41:39Z 2018-12-03T08:41:39Z 2018-05-31 Thesis http://hdl.handle.net/10889/11785 gr 6 application/pdf |
