Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία
Το γεγονός ότι οι ενεργειακές ανάγκες συνεχώς αυξάνονται, ενώ ταυτόχρονα τα συμβατικά καύσιμα μειώνονται με πολύ γρήγορους ρυθμούς, αποτέλεσε την αφορμή για να ξεκινήσει η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. Αρχικά, έγινε μία αναφορά στο πως ξεκίνησε από τα πολύ παλιά χρόνια η ενεργειακή εκμετάλλευση...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14581 |
| id |
nemertes-10889-14581 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Φωτοευαίσθητα ηλιακά κύτταρα Ημιαγωγοί Χρωστικές Ηλεκτρολύτες Semiconductors Electrolytes Dye-sensitized solar cells |
| spellingShingle |
Φωτοευαίσθητα ηλιακά κύτταρα Ημιαγωγοί Χρωστικές Ηλεκτρολύτες Semiconductors Electrolytes Dye-sensitized solar cells Λάιος, Αλέξιος Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία |
| description |
Το γεγονός ότι οι ενεργειακές ανάγκες συνεχώς αυξάνονται, ενώ ταυτόχρονα τα συμβατικά καύσιμα μειώνονται με πολύ γρήγορους ρυθμούς, αποτέλεσε την αφορμή για να ξεκινήσει η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία.
Αρχικά, έγινε μία αναφορά στο πως ξεκίνησε από τα πολύ παλιά χρόνια η ενεργειακή εκμετάλλευση έως και σήμερα, όπου υπάρχουν ακόμα πιο σύγχρονες μέθοδοι για την εκμετάλλευση κυρίως των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Στη συνέχεια, παρουσιάστηκαν τα κύρια χαρακτηριστικά της ηλιακής ενέργειας και της ηλιακής ακτινοβολίας και οι παράγοντες που επιδρούν στον τρόπο που μπορεί να γίνει η απορρόφηση των φωτονίων από ένα ηλιακό κύτταρο.
Έπειτα, έγινε εκτενής αναφορά τόσο στα φωτοβολταϊκά πυριτίου τύπου p-n επαφής και στον τρόπο λειτουργίας τους, όσο και στα φωτοευαίσθητα ηλιακά κύτταρα με χρωστική καθώς και στα υλικά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή τους.
Στα πλαίσια λοιπόν, αυτής της διπλωματικής εργασίας και της μελέτης στη βελτίωση των φωτοευαίσθητών ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία, κατασκευάστηκαν ηλιακές κυψέλες από διαφορετικά υλικά και με διαφορετικές τεχνικές κατασκευής με σκοπό να βρεθεί ο συνδυασμός που επιτυγχάνει την μεγαλύτερη απόδοση σε συνδυασμό με το χαμηλό κόστος και την ευελιξία στην εφαρμογή τους.
Για την αρχή των πειραμάτων, και για την μελέτη της επιρροής των υποστρωμάτων στην κυψέλη κατασκευάστηκαν ηλιακές κυψέλες από διαφορετικού τύπου αγώγιμα υποστρώματα, ενώ ο ημιαγωγός, η χρωστική και ο ηλεκτρολύτης ήταν ο ίδιος σε κάθε μέτρηση. Στη συνέχεια κατασκευάστηκαν ηλιακά κύτταρα με διαφορετικό χρόνο όπτησης του ηλεκτροδίου και αντι-ηλεκτροδίου, με σκοπό να μελετηθεί η επιρροή του στην απόδοση των κυψελών. Επίσης διαπιστώθηκε η αναγκαιότητα ύπαρξης χρόνου ευαισθητοποίησης του ηλεκτροδίου κατασκευάζοντας κύτταρα που τα ηλεκτρόδια τους αφέθηκαν σε συνθήκες δωματίου βυθισμένα ή μη σε διάλυμα χρωστικής για 24 ώρες για να ολοκληρωθεί η ευαισθητοποίηση του ημιαγωγού από τη χρωστική. Ακόμη, στο εργαστήριο κατασκευάστηκε στερεός πολυμερικός ηλεκτρολύτης όπου χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή ηλιακών κυττάρων αντίστοιχων τύπων και τα αποτελέσματα της απόδοσης αυτών συγκρίθηκαν με εκείνα που κατασκευάστηκαν αρχικά και περιείχαν τον έτοιμο ηλεκτρολύτη EL-HSE High Stability της εταιρίας Dyesol. Μια άλλη μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε αυτή τη διπλωματική εργασία αφορούσε τη μεταβολή της πυκνότητας ρεύματος βραχυκύκλωσης και της τάσης ανοιχτού κυκλώματος που παράγουν οι ηλιακές κυψέλες συναρτήσει της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας
Τέλος, διαπιστώνεται πως τα ηλιακά κύτταρα με χρωστική ουσία έχουν πολλά περιθώρια βελτίωσης, με τη μέγιστη θεωρητική δυνατή απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική αυτής της χρωστικής να ξεπερνά το 30 %. Είναι ηλιακά κύτταρα που προσφέρονται για περεταίρω μελέτη, καθώς δεν απαιτούν τόσο ακριβό εξοπλισμό κατασκευής τους όπως αυτών της προηγούμενης γενιάς, ενώ όπως έχει αναφερθεί αρκετές φορές θεωρούνται και πιο φιλικά προς το περιβάλλον και με μικρό κόστος κατασκευής. |
| author2 |
Laios, Alexios |
| author_facet |
Laios, Alexios Λάιος, Αλέξιος |
| author |
Λάιος, Αλέξιος |
| author_sort |
Λάιος, Αλέξιος |
| title |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία |
| title_short |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία |
| title_full |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία |
| title_fullStr |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία |
| title_full_unstemmed |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία |
| title_sort |
κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/14581 |
| work_keys_str_mv |
AT laiosalexios kataskeuēkaicharaktērismosphōtoeuaisthētōnēliakōnkyttarōnmechrōstikēousia AT laiosalexios fabricationandcharacterizationofdyesensitizedsolarcells |
| _version_ |
1771297265056481280 |
| spelling |
nemertes-10889-145812022-09-05T13:59:14Z Κατασκευή και χαρακτηρισμός φωτοευαίσθητων ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία Fabrication and characterization of dye-sensitized solar cells Λάιος, Αλέξιος Laios, Alexios Φωτοευαίσθητα ηλιακά κύτταρα Ημιαγωγοί Χρωστικές Ηλεκτρολύτες Semiconductors Electrolytes Dye-sensitized solar cells Το γεγονός ότι οι ενεργειακές ανάγκες συνεχώς αυξάνονται, ενώ ταυτόχρονα τα συμβατικά καύσιμα μειώνονται με πολύ γρήγορους ρυθμούς, αποτέλεσε την αφορμή για να ξεκινήσει η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. Αρχικά, έγινε μία αναφορά στο πως ξεκίνησε από τα πολύ παλιά χρόνια η ενεργειακή εκμετάλλευση έως και σήμερα, όπου υπάρχουν ακόμα πιο σύγχρονες μέθοδοι για την εκμετάλλευση κυρίως των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στη συνέχεια, παρουσιάστηκαν τα κύρια χαρακτηριστικά της ηλιακής ενέργειας και της ηλιακής ακτινοβολίας και οι παράγοντες που επιδρούν στον τρόπο που μπορεί να γίνει η απορρόφηση των φωτονίων από ένα ηλιακό κύτταρο. Έπειτα, έγινε εκτενής αναφορά τόσο στα φωτοβολταϊκά πυριτίου τύπου p-n επαφής και στον τρόπο λειτουργίας τους, όσο και στα φωτοευαίσθητα ηλιακά κύτταρα με χρωστική καθώς και στα υλικά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή τους. Στα πλαίσια λοιπόν, αυτής της διπλωματικής εργασίας και της μελέτης στη βελτίωση των φωτοευαίσθητών ηλιακών κυττάρων με χρωστική ουσία, κατασκευάστηκαν ηλιακές κυψέλες από διαφορετικά υλικά και με διαφορετικές τεχνικές κατασκευής με σκοπό να βρεθεί ο συνδυασμός που επιτυγχάνει την μεγαλύτερη απόδοση σε συνδυασμό με το χαμηλό κόστος και την ευελιξία στην εφαρμογή τους. Για την αρχή των πειραμάτων, και για την μελέτη της επιρροής των υποστρωμάτων στην κυψέλη κατασκευάστηκαν ηλιακές κυψέλες από διαφορετικού τύπου αγώγιμα υποστρώματα, ενώ ο ημιαγωγός, η χρωστική και ο ηλεκτρολύτης ήταν ο ίδιος σε κάθε μέτρηση. Στη συνέχεια κατασκευάστηκαν ηλιακά κύτταρα με διαφορετικό χρόνο όπτησης του ηλεκτροδίου και αντι-ηλεκτροδίου, με σκοπό να μελετηθεί η επιρροή του στην απόδοση των κυψελών. Επίσης διαπιστώθηκε η αναγκαιότητα ύπαρξης χρόνου ευαισθητοποίησης του ηλεκτροδίου κατασκευάζοντας κύτταρα που τα ηλεκτρόδια τους αφέθηκαν σε συνθήκες δωματίου βυθισμένα ή μη σε διάλυμα χρωστικής για 24 ώρες για να ολοκληρωθεί η ευαισθητοποίηση του ημιαγωγού από τη χρωστική. Ακόμη, στο εργαστήριο κατασκευάστηκε στερεός πολυμερικός ηλεκτρολύτης όπου χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή ηλιακών κυττάρων αντίστοιχων τύπων και τα αποτελέσματα της απόδοσης αυτών συγκρίθηκαν με εκείνα που κατασκευάστηκαν αρχικά και περιείχαν τον έτοιμο ηλεκτρολύτη EL-HSE High Stability της εταιρίας Dyesol. Μια άλλη μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε αυτή τη διπλωματική εργασία αφορούσε τη μεταβολή της πυκνότητας ρεύματος βραχυκύκλωσης και της τάσης ανοιχτού κυκλώματος που παράγουν οι ηλιακές κυψέλες συναρτήσει της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας Τέλος, διαπιστώνεται πως τα ηλιακά κύτταρα με χρωστική ουσία έχουν πολλά περιθώρια βελτίωσης, με τη μέγιστη θεωρητική δυνατή απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική αυτής της χρωστικής να ξεπερνά το 30 %. Είναι ηλιακά κύτταρα που προσφέρονται για περεταίρω μελέτη, καθώς δεν απαιτούν τόσο ακριβό εξοπλισμό κατασκευής τους όπως αυτών της προηγούμενης γενιάς, ενώ όπως έχει αναφερθεί αρκετές φορές θεωρούνται και πιο φιλικά προς το περιβάλλον και με μικρό κόστος κατασκευής. The fact that the energy needs are constantly increasing, while at the same time conventional fuels are declining at a very fast pace, was the reason for starting this diploma’s thesis.Initially, there was a report on how the exploitation of energy started from the very old years until today, where there are even more modern methods for the exploitation, mainly of renewable energy sources.Next, there are presented the main characteristics of solar energy and solar radiation and the factors that affect the way photons can be absorbed by a solar cell.Then, it was made an extensive reference to both photovoltaics type p-n silicon junction and their operation mode, as well as to dye-sensitized solar cells and the materials used for fabrication. In the context of this thesis and the study on the improvement of dye-sensitized solar cells, there were made solar cells of different materials and with different manufacturing techniques in order to find the combination that achieves the highest efficiency combined with low cost and flexibility in their application.At the beginning of the experiments, and for the study of the influence of the substrates in the cell, solar cells were made from different types of conductive substrates, while the semiconductor, the dye and the electrolyte were the same in each measurement. Solar cells with different heating time of the electrode and anti-electrode were then fabricated in order to study its influence on cell performance. It was also identified, the need for electrode sensitization time, by constructing cells whose electrodes were left in room conditions immersed or not in dye solution for 24 hours to complete semiconductor sensitization by the dye. Also, in the laboratory, was made a solid polymeric electrolyte which was used in the manufacture of the same types solar cells and the results of their efficiency were compared with those initially made and containing the already-made electrolyte EL-HSE High Stability by Dyesol. Another study that carried out in this thesis, was concerned the change of the short-circuit current density and the open-circuit voltage produced by solar cells as a function of incident solar radiation.Finally, it is found that dye-sensitized solar cells could improve more, with the maximum theoretically possible efficiency of conversion of solar energy into electricity of this dye exceeding 30%. These solar cells are offered for further study, because they do not require expensive manufacturing equipment, like those of the previous generation, while as mentioned several times they are considered more environmentally friendly and with low manufacturing costs. 2021-03-03T08:33:59Z 2021-03-03T08:33:59Z 2021-03-03 http://hdl.handle.net/10889/14581 gr application/pdf |
