| Περίληψη: | Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή και η μελέτη φωτο-ηλεκτροχρωμικών (ΦΗΧ) διατάξεων «μερικής κάλυψης», που αποτελούν υβρίδια των ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων και των ηλεκτροχρωμικών παραθύρων. Οι διατάξεις αυτές προορίζονται για χρήση ως «έξυπνα παράθυρα» στα κτήρια, με σημαντικές προοπτικές για εξοικονόμηση ενέργειας.
Ο κύριος στόχος της παρούσας εργασίας είναι η αύξηση της απόδοσης μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό από την ενσωματωμένη στη διάταξη ηλιακή κυψελίδα. Για το σκοπό αυτό, τροποποιήθηκε η σειρά απόθεσης των υμενίων της ανόδου, με το TiO2 να αποτίθεται πρώτο, έτσι ώστε να είναι δυνατή η θερμική κατεργασία του στους 400°C που είναι απαραίτητη για τη βελτίωση της ηλεκτρικής σύνδεσης των νανοσωματιδίων. Μετά την απόθεση και κατεργασία του TiO2, ακολουθεί η απόθεση του ηλεκτροχρωμικού υμενίου WO3 με εξάχνωση. Η νέα αρχιτεκτονική κατασκευής των διατάξεων δοκιμάστηκε για πρώτη φορά. Μέχρι τώρα η συνήθης αρχιτεκτονική των φωτοηλεκτροχρωμικών συσκευών «μερικής κάλυψης» δεν επέτρεπε την ανόπτηση των υμενίων του ημιαγωγού σε υψηλές θερμοκρασίες για λόγους προστασίας του υποκείμενου υμενίου WO3.
Κατασκευάστηκαν ΦΗΧ διατάξεις με την προτεινόμενη νέα αρχιτεκτονική και με διαφορετικά ποσοστά κάλυψης της ενεργού επιφάνειας με TiO2. Η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων έδειξε ότι η μείωση της επιφάνειας του TiO2 οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρικής απόδοσης των διατάξεων. Η συσκευή με τα βέλτιστα χαρακτηριστικά είχε ποσοστό κάλυψης ΤiO2 ίσο με 5% και ηλεκτρική απόδοση η=4.9%, πενταπλάσια εκείνης των διατάξεων με ποσοστό κάλυψης 20%. Η μείωση του ποσοστού κάλυψης δεν επιδρά αρνητικά στα οπτικά χαρακτηριστικά των διατάξεων, οι οποίες διατηρούν υψηλή ταχύτητα χρωματισμού της τάξης των μερικών λεπτών.
Έγινε προσπάθεια συσχέτισης των παραμέτρων λειτουργίας των διατάξεων που μελετήθηκαν. Βρέθηκε πως οι διαφορές ΔΤ=Tlum,initial-Tlum,colored (μετά από φωτισμό 30, 60, 90 δευτερολέπτων) εξαρτώνται γραμμικά από την πυκνότητα του ρεύματος βραχυκύκλωσης. Με την αύξηση του Jsc παρουσιάζεται αύξηση της διαφοράς ΔΤ (δηλαδή επιτυγχάνεται βαθύτερος χρωματισμός) ανεξάρτητα από το ποσοστό κάλυψης. Επίσης, βρέθηκε ότι η πυκνότητα του ρεύματος βραχυκύκλωσης βαίνει αυξανόμενη όσο μειώνεται το ποσοστό κάλυψης με γραμμικό τρόπο. Την εξάρτηση αυτή ακολουθεί και η ΦΒ απόδοση που αυξάνεται καθώς μειώνεται το ποσοστό κάλυψης.
Η χρήση συμπαγούς στρώματος TiO2 μεταξύ του FTO και της νανοδομημένης τιτάνιας φαίνεται να βελτιώνει τη σταθερότητα των διατάξεων στο χρόνο, καθώς αυτές διατηρούν αποδεκτά επίπεδα χρωματισμού, με ταυτόχρονη όμως μείωση της απόδοσης της ΦΒ κυψελίδας. Τέλος, η αποθήκευση των συσκευών σε συνθήκες βραχυκύκλωσης βρέθηκε να επιταχύνει την οπτική αναστρεψιμότητα χωρίς ωστόσο να επηρεάζεται η απόδοση των φωτοβολταϊκών κυψελίδων ούτε και το βάθος χρωματισμού τους.
|
|---|
