Optimizacija delovne elektrode v sončnih celicah za uporabo barvil iz invazivnih rastlin

Krejan, Eva (avtor), Lavrenčič Štangar, Urška (mentor)

Fotovoltaične tehnologije postajajo, zaradi neizbežnega izčrpavanja neobnovljivih virov, s sposobnostjo direktne pretvorbe sončne svetlobe v električni tok vse bolj zanimive pri čistejšem in okolju prijaznejšem pridobivanju električne energije. Kot odgovor povpraševanju se raziskave na področju sončnih celic množijo, kar je povod v razvoj tretje generacije celic, v katero spadajo tudi elektrokemijske sončne celice. Te postajajo zaradi svoje preproste izdelave ter enostavnih in cenovno ugodnih komponent konkurenčne konvencionalnim silicijevim celicam. Z željo po izboljšanju delovanja elektrokemijskih celic sem se v svoji magistrski nalogi osredotočila na optimizacijo delovne elektrode. S hidrotermalno sintezo sem ob različnih vsebnostih dodanega NaOH sintetizirala mikrodelce TiO2, katere sem v nadaljevanju uporabila pri pripravi paste, primerne za elektrokemijske DSSC celice (ang. dye-sensitized solar cells). S spreminjanjem količin dodanih suhih komponent, kombinacij topil ter s prisotnostjo surfaktanta sem poizkusila pridobiti najprimernejšo pasto. Z vrstično elektronsko mikroskopijo sem analizirala površino nanosov ter s snemanjem presekov določila tudi njihovo debelino. Sestavila sem celice s pripravljenimi TiO2 pastami in rutenijevim barvilom ter s pomočjo sončnega simulatorja izmerila njihove tokovno-napetostne karakteristike, pri čemer me je najbolj zanimal izkoristek. Obenem pa sem preverila tudi vpliv uporabe različnih elektrolitov in barvil, ekstahiranih iz invazivnih rastlin, na uspešno pretvorbo energije v DSSC celicah. Najvišji pridobljeni izkoristek celice, pripravljene z optimizirano TiO2 pasto ter rutenijevim barvilom, je znašal 2,72 %, kar je dober približek celici s komercialno TiO2 pasto, katere izkoristek je znašal 2,80 %. V kombinaciji z barvili, ekstrahiranimi iz invazivnih rastlin, in dobljeno najučinkovitejšo pasto TiO2 sem pripravila DSSC celice in preverila njihovo delovanje. Za zelo obetavno barvilo se je izkazal ekstrakt kanadske zlate rozge z dobljenim izkoristkom celice 0,30 %. Prav tako pa se je kot primernejša pasta za vezavo organskih barvil izkazala pripravljena pasta TiO2 iz sintetiziranih mikrodelcev.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: hidrotermalna sinteza, mikrodelci TiO2, elektrokemijska sončna celica, pasta TiO2, organska barvila
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
• Leto izida: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-131582
• COBISS.SI-ID: 86688003
• Datum objave v RUL: 29.09.2021

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Optimization of working electrode in solar cells for dyes from invasive plants

Izvleček

Given the inevitable depletion of non-renewable energy sources, photovoltaics is becoming increasingly interesting because it can convert sunlight directly into electrical energy and the energy production is environmentally friendly. Research on solar cells is multiplying in response to mass demand, leading to the development of third-generation cells. These include dye-sensitized solar cells (DSSCs). Since they are easy to manufacture with affordable components, they are becoming competitive to conventional silicon cells. In my master's thesis, I focused on optimizing the working electrode with the aim of improving the functionality of DSSC cells. TiO2 microparticles were prepared by hydrothermal synthesis with different concentrations of added NaOH and then used to prepare a suitable paste for DSSC cells. I attempted to obtain the most effective TiO2 paste by varying the amount of dry components added, different combinations of solvents, and the addition of a surfactant. I used scanning electron microscopy to analyze the surface of the deposits and determined their thickness by recording cross sections. I measured the current-voltage characteristics of DSSC cells composed of the prepared TiO2 pastes and ruthenium dye using a solar simulator. I was mainly interested in the efficiency. At the same time, I also investigated the influence on successful energy conversion in DSSC cells by using different electrolytes and dyes, extracted from invasive plants. The solar cell made with optimized TiO2 paste and ruthenium dye had the highest efficiency of 2.72%. This is a good approximation to a cell made with commercial TiO2 paste, whose efficiency was 2.80%. Combining dyes extracted from invasive plants with the most effective TiO2 paste, I made DSSC cells and evaluated their efficiency. Canadian goldenrod extract proved to be the most promising dye with an efficiency of 0.30%. The TiO2 paste prepared from synthesized particles also proved to be better at binding organic dyes.

• Ključne besede: hydrothermal synthesis, microparticles TiO2, dye-sensitized solar cell, TiO2 paste, organic dyes