Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση
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» στ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15251 |
| id |
nemertes-10889-15251 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Φωτοηλεκτροχρωμικά Οξείδιο του βολφραμίου Ενεργειακά παράθυρα Photoelectrochromics Tungsten oxide Smart windows |
| spellingShingle |
Φωτοηλεκτροχρωμικά Οξείδιο του βολφραμίου Ενεργειακά παράθυρα Photoelectrochromics Tungsten oxide Smart windows Ζώη, Δήμητρα Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση |
| description |
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. |
| author2 |
Zoi, Dimitra |
| author_facet |
Zoi, Dimitra Ζώη, Δήμητρα |
| author |
Ζώη, Δήμητρα |
| author_sort |
Ζώη, Δήμητρα |
| title |
Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση |
| title_short |
Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση |
| title_full |
Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση |
| title_sort |
ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15251 |
| work_keys_str_mv |
AT zōēdēmētra anaptyxēphōtoēlektrochrōmikōndiataxeōnmeauxēmenēapodosē AT zōēdēmētra fabricationofphotoelectrochromicdeviceswithenchancedefficiency |
| _version_ |
1771297317669830656 |
| spelling |
nemertes-10889-152512022-09-05T20:53:38Z Ανάπτυξη φωτο-ηλεκτροχρωμικών διατάξεων με αυξημένη απόδοση Fabrication of photoelectrochromic devices with enchanced efficiency Ζώη, Δήμητρα Zoi, Dimitra Φωτοηλεκτροχρωμικά Οξείδιο του βολφραμίου Ενεργειακά παράθυρα Photoelectrochromics Tungsten oxide Smart windows 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. The objective of this dissertation is the construction and study of “partly covered” photoelectrochromic devices (PEC thereafter), which are hybrids of dye-sensitized solar cells and electrochromic windows. These devices are intended for use as "smart windows" in buildings, with significant potential for energy savings. The main goal of the present work is to increase the conversion efficiency of solar energy into electricity of the solar cell integrated in the device. For this purpose, the order of deposition of films on the anode was modified, with TiO2 being deposited first, so that it can be heat treated at 400 ° C which is necessary to improve the electrical bonding of its nanoparticles. After the TiO2 is deposited and treated, the electrochromic film WO3 is deposited by evaporation. The new architecture of the devices was tested for the first time. Until now, the standard architecture of "partly covered" photoelectrochromic devices has not allowed the semiconductor films to be annealed at high temperatures for reasons of protection of the underlying WO3 film. PEC devices were constructed with the proposed new architecture and with different percentages of coverage of the active surface with TiO2. Analysis of the experimental data showed that the reduction of the TiO2 surface led to an increase in the electrical efficiency of the devices. The device with the best characteristics had a TiO2 cover ratio of 5% and an electrical efficiency of η = 4.9%, five times that of the devices with a 20% cover ratιο. Reducing the cover ratιο does not adversely affect the visual characteristics of the devices, which maintain a high color fastness of the order of a few minutes. An attempt was made to correlate the operating parameters of the devices studied. It was found that the differences ΔΤ = Tlum,initial -Tlum,colored (after illumination of 30, 60, 90 seconds) depend linearly on the density of the short-circuit current. With Jsc increasing, an increase of ΔΤ can be observed, (ie a deeper coloration is achieved), regardless of the cover ratio. It was also found that the short-circuit current density increases as the cover ratio decreases in a linear fashion. This dependence is followed by the PV efficiency that also increases as the cover ratio decreases. The use of a compact TiO2 layer between FTO and nanostructured titania seems to improve the stability of the devices over time, as they maintain acceptable coloration levels, but at the same time reduce the efficiency of the PV cell. Finally, the storage of the devices in short-circuit conditions was found to accelerate the optical reversibility without affecting the performance of the photovoltaic cells or their depth of coloration. 2021-09-30T11:16:16Z 2021-09-30T11:16:16Z 2020-07-24 http://hdl.handle.net/10889/15251 gr application/pdf |
