फलों की चाय से डाई-सेंसिटिव सोलर सेल या सोलर सेल कैसे बनाएं

डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं के नवाचार ने डिवाइस की क्षमता को उस बिंदु तक विस्तारित किया है जहां यह पूरी तरह से महंगा सिलिकॉन सौर कोशिकाओं को बाहर कर सकता है।

निम्नलिखित लेख बताता है कि आप बहुत ही साधारण सामग्रियों का उपयोग करके आसानी से इस बहुमुखी डाई-सेंसिटिव सौर सेल का निर्माण कैसे कर सकते हैं।

यह प्रयोग पौधों में कार्बनिक यौगिकों, विशेष रूप से कार्बनिक रंगों का उपयोग सौर कोशिकाओं में इलेक्ट्रॉन दाताओं के रूप में कार्य करने की अवधारणा पर निर्भर करता है।

सौर सेल में एक अर्धचालक सामग्री सिलिकॉन के बजाय, हमने टाइटेनियम ऑक्साइड (TiO2) का उपयोग किया है, जो एक अर्धचालक भी है। TiO2 के गुण इसे कार्बनिक डाई के साथ 2 संवेदीकृत ’होने पर सूरज की रोशनी को बेहतर तरीके से अवशोषित करने की अनुमति देते हैं।

डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं की दक्षता पारंपरिक सौर कोशिकाओं की दक्षता के एक तिहाई से 7% अधिक है। यद्यपि यह एक व्यापक लाभ नहीं है, लेकिन सिलिकॉन कोशिकाओं की तुलना में सरल निर्माण प्रक्रिया के कारण डाई-सेंसिटिव सोलर सेल सस्ते होते हैं जो जटिल भी होते हैं।

भविष्य का सौर सेल?

हालाँकि डाई-सेंसिटाइज़्ड सोलर सेल्स को व्यावसायिक रूप से सफल होने में कुछ साल लग सकते हैं, यह सही रास्ते पर रहेगा, बशर्ते कुछ मुद्दों का समाधान हो।

सबसे पहले, कोशिकाओं के दीर्घकालिक स्थिरता के मुद्दों से निपटना होगा क्योंकि ऑक्सीजन अंततः समय के साथ इसे नुकसान पहुंचाता है।

एक उपयुक्त डाई को रसभरी या फलों की चाय से बाहर निकाला जा सकता है। लो-एमिसिटी (लो-ई) ग्लास और टाइटेनियम ऑक्साइड जैसे कुछ अन्य घटकों में जोड़ें, और किट बनाने के लिए आपके पास सभी सामग्री हैं। इस प्रयोग में, हम लाल डाई के लिए गुलाब की चाय का उपयोग कर रहे हैं।

सामग्री की आवश्यकता

• एक तरफ एक वर्तमान-प्रवाहित परत के साथ शीट ग्लास (टुकड़े)। ये किट में उपलब्ध हैं और इन्हें ऑनलाइन पाया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, आप कम-ई ग्लास के साथ जा सकते हैं और ये ग्लेज़ियर से प्राप्त किए जा सकते हैं, क्योंकि सामग्री थर्मल इन्सुलेशन खिड़कियों के निर्माण में शामिल है। हम 5 x 2 सेमी के आयाम के साथ दो टुकड़े प्राप्त करने की सलाह देते हैं।
• TiO2 और पॉलीइथिलीन ग्लाइकोल। उत्तरार्द्ध विभिन्न मलहमों में एक मानक घटक है लेकिन इस प्रयोग में, इसका उपयोग टाइटेनियम ऑक्साइड को निलंबित करने के लिए किया जाता है।
• इन वस्तुओं को एक स्थानीय रसायनज्ञ से खरीदा जा सकता है। आपको यह भी सुनिश्चित करना होगा कि पॉलीइथाइलीन ग्लाइकोल में तरल पदार्थ के अलावा 300 की आणविक भार हो।
• यदि आप इंटरनेट से अपनी किट खरीदते हैं, तो यह आमतौर पर एक सफेद निलंबन के साथ आता है, जो चीजों को आसान बनाता है। आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि TiO2 का कण आकार सटीक (लगभग 20nm) और बारीक रूप से अलग-थलग है, जिसे प्राप्त करना बेहद चुनौतीपूर्ण है यदि आप इसे स्वयं कर रहे हैं।
• आप व्हाइट टूथपेस्ट, टिप-एक्स, व्हाइट पेंट या इसी तरह के पदार्थों को व्हाइटनर के रूप में टाइटेनियम ऑक्साइड शामिल कर सकते हैं।
• इस प्रयोग में, हमने एक इलेक्ट्रोलाइट के रूप में 65% इथेनॉल में आयोडीन के एक समाधान का उपयोग किया है। हालांकि यह अच्छा प्रदर्शन करता है, लेकिन यह केवल एक तिहाई का उत्पादन करता है जितना कि विशिष्ट इलेक्ट्रोलाइट के रूप में।
• हमारे टेस्ट में इस्तेमाल की जाने वाली फ्रूट टी में गुलाब होता है, लेकिन हिबिस्कस भी काम करता है।
• एक गैस शिविर स्टोव और लाइटर।
• क्लैंप, रिंग और स्क्रीन के साथ एक प्रयोगशाला स्टैंड। स्क्रीन का कार्य बेकिंग के दौरान ग्लास का समर्थन करना है।
• एक पिपेट लेकिन अगर आपके पास कोई भी नहीं है, तो एक चम्मच का उपयोग टाइटेनियम ऑक्साइड निलंबन को कांच पर टपकने की अनुमति देकर एक विकल्प के रूप में किया जा सकता है।
• चिमटी, केतली, चायदानी, हेअर ड्रायर और सेलोटेप।
• एल्यूमीनियम पन्नी की एक शीट।
• पेट्री डिश या एक नियमित फ्लैट कटोरे या सूप प्लेट।
• टाइटेनियम ऑक्साइड फैलाने के लिए ग्रेफाइट पेंसिल और कांच या प्लास्टिक कार्ड का एक टुकड़ा।
• एक मल्टीमीटर सेट।

डाई-सेंसिटिव सोलर सेल कैसे काम करते हैं

डाई-सेंसिटिव सोलर सेल का निर्माण एक तरफ विद्युत प्रवाहकीय परत के साथ कांच की दो सपाट चादरों से बना है। प्रवाहकीय कोटिंग आमतौर पर एक धातु ऑक्साइड से बनाई जाती है।

TiO2 क्रिस्टल की एक पुनर्भरण कोटिंग (लगभग 10 माइक्रोन) जो एक छिद्रयुक्त परत बनाने के लिए लगभग 20 एनएम की माप की जाती है, कांच के दो टुकड़ों के बीच पहचानी जाती है।

फिर, डाई को इस झरझरा कोटिंग पर रखा गया है। उद्योग में, सेंसिटाइज्ड सौर कोशिकाओं के लिए चुने गए डाई में रईस धातु रूथेनियम होता है।

हालांकि, प्राकृतिक रूप से उपलब्ध लाल रंगों का उपयोग purposed परीक्षण के लिए किया जा सकता है। टाइटेनियम ऑक्साइड क्रिस्टल के अविश्वसनीय रूप से छोटे आकार और उनके बीच के अंतराल के कारण, छिद्रपूर्ण संरचना में एक विशाल प्रभावी सतह क्षेत्र होता है और डाई कोटिंग उल्लेखनीय रूप से पतली होती है।

यह सही संचालन के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि डाई एक घटिया विद्युत कंडक्टर है।

जिस क्षण एक प्रकाश किरण एक डाई अणु से टकराती है, वह टाइटेनियम डाइऑक्साइड में एक इलेक्ट्रॉन को गोली मार देती है।

इलेक्ट्रॉनों प्रवाहकीय कोटिंग (काम इलेक्ट्रोड) टाइटेनियम ऑक्साइड और कांच की शीट के बीच में इकट्ठा होते हैं।

काउंटर इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करने के लिए फ्लिप साइड पर एक और प्रवाहकीय परत आवश्यक है, और इलेक्ट्रोड के बीच की खाई एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान से सुसज्जित है।

यह वह जगह है जहां औद्योगिक एसीटोनिट्राइल इलेक्ट्रोलाइट के बजाय सरल आयोडीन नमक समाधान लागू किया जाता है जो बहुत ही अस्थिर और विषाक्त है। इलेक्ट्रोलाइट समाधान में त्रि-आयोडाइड अणु आयोडाइड अणु बनाने के लिए काउंटर इलेक्ट्रोड के साथ पहुंचने के लिए 'मजबूर' हैं।

ऐसा केवल तभी होता है जब एक उत्प्रेरक को इलेक्ट्रोड के लिए पेश किया जाता है और वह वह जगह है जहां पेंसिल से ग्रेफाइट आता है। औद्योगिक स्तर के लिए, उपयोग किया जाने वाला उत्प्रेरक अत्यधिक महंगा प्लैटिनम है।

यह प्रयोग इलेक्ट्रॉनों की मांग करता है। अन्य इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता एक विद्युत क्षमता का उत्पादन करती है जिसे टैप किया जा सकता है।

वर्तमान प्रवाह हो सकता है अगर इलेक्ट्रोड एक लोड का उपयोग करके बाहरी रूप से जुड़े हुए हैं।

समाधान के भीतर आयोडाइड अणु डाई में इलेक्ट्रॉनों का त्याग करते हैं और इस प्रक्रिया के दौरान त्रि-आयोडाइड अणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं जो बदले में विद्युत सर्किट को पूरा करता है।

सौर सेल का सब्सट्रेट एक सामान्य विंडो ग्लास है जो स्पष्ट, प्रवाहकीय धातु ऑक्साइड परत (जैसे जस्ता ऑक्साइड) के साथ लगभग 2 मिमी मोटा है। अफसोस, यह लेप अपने आप नहीं बनाया जा सकता।

चरण प्रक्रिया द्वारा कदम

डाई-सेंसिटाइज़्ड सोलर सेल बनाने की चरणबद्ध प्रक्रियाओं का स्पष्टीकरण और चित्र के माध्यम से नीचे वर्णन किया गया है।

टाइटेनियम पाउडर का कण आकार लगभग 15-25 एनएम है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

1. के साथ मिलाएं पॉलीथीन ग्लाइकॉल , जो एक तैलीय पायसीकारी एजेंट है, और एक चिपचिपा क्रीम प्राप्त होने तक शंकु को सावधानी से हिलाएं।

2) इलेक्ट्रोलाइट के लिए, आप इथेनॉल में आयोडीन के लिए विकल्प चुन सकते हैं, लेकिन व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रेडॉक्स इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में परिणाम औसत से नीचे हो सकते हैं।

3) एक मल्टीमीटर यूनिट को पकड़ो और यह पता लगाने के लिए प्रतिरोध सीमा निर्धारित करें कि कांच का टुकड़ा किस तरफ प्रवाहकीय है।

4) अगला, प्रवाहकीय पक्ष का सामना करते हुए सेलोटेप का उपयोग करके टेबल पर ग्लास को सुरक्षित करें।

5) यदि आपके पास एक पिपेट है, तो कुछ TiO2 क्रीम या पेस्ट को बाहर निकालें, और कांच की प्रवाहकीय सतह पर कई बूंदें डालें।

6) फिर, एक प्लास्टिक कार्ड या एक अलग कांच के टुकड़े का उपयोग करके, अच्छी तरह से बूंदों को हड़ताल करें। Tio2 पेस्ट पर कांच के टुकड़े को धीरे से सरकाकर एक समान कोट प्राप्त करने का प्रयास करें।

7) इसके बाद, गिलास के चारों ओर बने सेलोटेप को टेबल से बाहर निकाल दें।

8) हम एक ओवन में या गैस स्टोव जैसी खुली लौ पर कोटिंग को बेक करने की सलाह देते हैं। अपेक्षित तापमान लगभग 450 ° C है। एक बार इसे सेट करने के बाद, बर्नर की लौ के ऊपर कुछ सेंटीमीटर तक समर्थन स्क्रीन की व्यवस्था करें और इसके ऊपर TiO2 कोटिंग के साथ कांच के टुकड़े को रखें।

9) टाइटेनियम ऑक्साइड परत इसकी कार्बनिक सामग्री के कारण बेकिंग प्रक्रिया की शुरुआत में इसका रंग भूरा हो जाएगा। लेकिन आपको प्रक्रिया के अंत के दौरान सफेद करने के लिए TiO2 परिवर्तनों का रंग सुनिश्चित करना होगा।

10) हम दृढ़ता से सलाह देते हैं कि ग्लास के लिए उचित शीतलन समय की अनुमति दें अन्यथा इसके बिखरने का एक मौका है। एक टिप ग्लास को एक कूलर क्षेत्र (आमतौर पर किनारे के पास) में स्लाइड करना है और जल्दबाजी में इसे गर्म स्क्रीन से विस्थापित नहीं करना है।

11) उबलते पानी के साथ फलों की चाय तैयार करने का समय है। हमारे प्रयोग में, हमने कम पानी और अधिक चाय बैग का इस्तेमाल किया। एक बड़े कटोरे में पीसा फल चाय समाधान डालो। यदि आपके पास फलों के टी बैग नहीं हैं, तो आप लाल बीट के रस, रास्पबेरी के रस या लाल स्याही से भी जा सकते हैं।

12) एक बार जब कांच का टुकड़ा कमरे के तापमान के आसपास हासिल कर लेता है, तो आप इसे ध्यान से कटोरे में स्लाइड कर सकते हैं और इसे कई मिनट तक भीगने दे सकते हैं।

13) भिगोने की प्रक्रिया के रूप में, आप एक दूसरे कांच के टुकड़े के प्रवाहकीय पक्ष को बहुत सारे ग्रेफाइट के साथ कवर करना शुरू कर सकते हैं जो एक लीड पेंसिल से प्राप्य है। यह कोटिंग इलेक्ट्रॉड को इलेक्ट्रोलाइट से इलेक्ट्रोड तक परिवहन के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करेगी।

14) फिर, चाय के स्नान से कंडक्टिव ग्लास का टुकड़ा निकाल लें। टाइटेनियम ऑक्साइड परत ने चाय के रंग को अवशोषित किया होगा (चित्र के केंद्र को देखें)। उसके बाद, साफ पानी या इथेनॉल के साथ ग्लास कुल्ला और पानी की हर बूंद से छुटकारा पाने के लिए हेअर ड्रायर का उपयोग करें ।

15) अगला, दो कांच के टुकड़ों को एक साथ प्रवाहकीय सतहों के साथ एक दूसरे और छोरों की भरपाई करने की व्यवस्था करें। आपको इस बात का बहुत ध्यान रखना चाहिए कि दोनों ग्लास बंद न हों क्योंकि इससे टीआईओ 2 के रगड़ने की संभावना हो सकती है।

16) इसके बाद, कांच के टुकड़ों को कागज़ क्लिप (थोड़ा संशोधित या उनके चारों ओर लपेटे गए सामान्य सेलोटेप का उपयोग करके) एक साथ रखा जा सकता है।

17) अब, दो ग्लास के टुकड़ों के बीच इलेक्ट्रोलाइट मिलाएं। यह अनुशंसा की जाती है कि आप कांच के टुकड़ों के प्रत्येक तरफ इलेक्ट्रोलाइट की कुछ बूँदें रखें और वे केशिका क्रिया के कारण चश्मे के बीच खींचे जाएंगे।

18) बस यही है, आपके फलों का रस आधारित डाई-सेंसिटाइज़्ड सोलर सेल अब परीक्षण के लिए तैयार है। मल्टीमीटर का उपयोग करके आप वोल्टेज (लगभग 0.4 वी) और वर्तमान (लगभग 1 एमए) माप सकते हैं। स्टूडियो की लाइटिंग की वजह से नतीजे थोड़े अलग होंगे। इसके अलावा, आप श्रृंखला में अधिक कोशिकाओं का विस्तार करने के लिए कई मगरमच्छ क्लिप का उपयोग कर सकते हैं।

हम कांच के टुकड़ों को सील करने के कदम की अवहेलना करेंगे, जैसा कि औद्योगीकृत डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं के साथ किया जाता है। यह हमें कांच के टुकड़ों को फिर से उपयोग करने की अनुमति देता है और उस मामले में, आपको बस उन्हें अलग करने और उनकी सतहों को पानी से धोने और उन्हें धीरे से साफ़ करने की आवश्यकता होती है। क्योंकि पूरी तरह से ग्रेफाइट कोटिंग को हटाना संभव नहीं है, इसलिए हम भविष्य के प्रयोगों में सटीक उद्देश्य के लिए काउंटर-इलेक्ट्रोड ग्लास का फिर से उपयोग करने की सलाह देते हैं।

चित्र सौजन्य: youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0