Celule solare sensibilizate la colorant
Celulele solare sensibilizate la colorant sunt a treia generație de celule solare. Ele aparțin categoriei de celule solare cu peliculă subțire.
Această celulă solară avansată transformă lumina vizibilă în energie electrică. Colorantul din interiorul celulei solare produce energie electrică atunci când intră în contact cu lumina soarelui.
Aceste celule solare sunt printre cele mai ieftine disponibile pe piață. Au fost inventate de dr. Brian Regan și profesorul Michael Graetzel în 1991.
Sunt o alternativă excelentă la celulele solare cu siliciu datorită costului lor scăzut de producție și configurației simple.
Aceasta tehnologie:
– Extrage energie atât din lumina artificială, cât și din lumina naturală.
– Transformă această energie în electricitate.
– Energia generată este utilizată pentru a încărca dispozitive electronice și alte scopuri de interior și exterior.
Cum funcționează celulele solare sensibilizate la colorant?
Aceste celule conțin un strat de nanoparticule de dioxid de titan realizat din electrozi de oxid mezoporoși.
Acest strat este acoperit cu un colorant sensibil la lumină care extrage energie din razele soarelui. Celulele solare sunt fabricate din dioxid de titan, deoarece pot rezista transferului de electroni mai bine decât orice alt material.
Deși pot absorbi doar un număr limitat de fotoni din lumina soarelui, această limitare poate fi redusă prin utilizarea sensibilizatorilor moleculari ai moleculei de colorant.
Aceste celule solare sunt plasate pe suprafața unui semiconductor pentru a absorbi mai mulți fotoni din lumina soarelui. În cele din urmă, dioxidul de titan este scufundat într-o soluție de electrolit și plasat peste un catalizator pe bază de platină.
Principii de funcționare ale celulei solare sensibilizate la colorant
Aceste celule solare funcționează în patru procese electrochimice:
– Pasul 1 – Absorbția luminii: Când lumina cade asupra acestor elemente, electronii din element sunt încărcați de la starea fundamentală la o stare de înaltă energie.
– Pasul 2 – Injecția de electroni: moleculele trec prin banda interzisă a conductorului și sunt oxidate. Electronul intră apoi în banda de conducție a semiconductorului și este transferat la colectorul de curent al anodului.
– Pasul 3 – Transportul purtătorului: Când un electron este transferat din iodură din electrolit, molecula de colorant oxidat (S+) este redusă.
– Pasul 4 – Colectarea curentă: Iodura este creată din nou prin reducerea triiodurii la catod.
Avantajele celulei solare sensibilizate cu colorant.
Există multe beneficii în utilizarea celulelor solare sensibilizate la colorant.
Aceste elemente sunt utilizate în mod obișnuit în gadgeturile portabile și dispozitivele cu densitate scăzută. Iată câteva dintre beneficiile utilizării acestor elemente:
– aceste elemente pot extrage mai multi protoni din razele solare.
– au costuri de productie reduse. Pentru realizarea acestei celule solare se folosesc materiale ieftine.
– aceste elemente nu necesita nici un echipament si sunt mai economice decat elementele semiconductoare.
– această generație de celule solare este capabilă să absoarbă lumina fluorescentă și lumina soarelui împrăștiată.
– poate funcționa eficient în condiții climatice înnorate.
– au o durată lungă de valabilitate.
– nu se deteriora la expunerea la lumina soarelui.
– nu este necesară înlocuirea frecventă.
– usor de folosit, curatat si intretinut.
– pentru durabilitate și funcționalitate optimă, nu este necesară nicio protecție specială.
– aceste celule solare sunt fabricate din materiale usoare si durabile.
– au rezistenta mecanica ridicata.
– această generație de celule solare poate funcționa la unghiuri mai largi.
Dezavantajele celulei solare sensibilizate la colorant
Ca și alte celule solare, aceste celule au câteva dezavantaje și anume:
– deoarece conțin electroliți lichizi, sunt sensibili la temperaturi ridicate și scăzute. Prin urmare, au rezistență limitată la temperaturile de funcționare.
– electrolitul este format din solvenți organici volatili. Prin urmare, acestea trebuie sigilate cu grijă. Datorită naturii sale volatile, o celulă solară sensibilizată la colorant trebuie instalată cu grijă.
– au o eficiență mai mică decât alte celule solare.
– această generație de celule solare nu este ideală pentru aplicații la scară largă, deoarece implementarea la scară largă necesită panouri solare mai eficiente.
Starea actuală și măsurile de îmbunătățire a eficienței celulelor solare sensibilizate la colorant
Eficiența actuală a celulelor solare sensibilizate la colorant este de aproximativ 12%. Acest procent este mai mic decât cel al panourilor solare de prima și a doua generație.
Alte celule solare cu peliculă subțire au eficiențe de 20-30%. Cercetătorii lucrează în mod constant pentru a îmbunătăți eficiența celulelor solare sensibilizate la colorant.
Mai jos sunt câteva măsuri pe care producătorii le pot lua pentru a-și îmbunătăți eficiența:
– Dacă moleculele de colorant se modifică, acestea pot extinde gama de lumină absorbită.
– Producătorii pot îmbunătăți absorbția luminii introducând mai multe molecule de colorant în dioxid de titan.
– Creșterea raportului de deschidere este o altă modalitate eficientă de a crește eficiența unei celule solare.
– Prin modificarea structurii electrolitului și electrodului, rezistența internă poate fi îmbunătățită.
Deși celulele solare sensibilizate la colorant nu pot încă egala eficiența celulelor solare tradiționale, ele sunt încă viitorul industriei solare.
Datorită costului lor scăzut și ușurinței de fabricare, celulele solare sensibilizate la colorant sunt de așteptat să se bucure de o cerere mare pe piață.
Dacă se găsesc soluții pentru a reduce deficiențele celulelor solare sensibilizate la colorant, acestea ar putea deveni mai eficiente în timp. În următorii ani, acestea ar putea chiar să depășească eficiența panourilor solare tradiționale.
