Диоксид титана для солнечных батарей

Корейские инженеры разработали прозрачные солнечные панели. Их можно встраивать в смартфоны

Ученые из Инчхонского национального университета разработали прозрачные солнечные панели на основе диоксида титана и оксида никеля. Их можно встраивать в окна и смартфоны. Панели простые в использовании и экологически чистые. Об этом пишет Sciencemint.

🌞 Диоксид титана — эффективный полупроводник, его используют при создании обычных солнечных батарей. Он нетоксичный и его много на Земле. Оксид никеля — полупроводник с высокими характеристиками оптической прозрачности. Его получают при низких промышленных температурах.

Прозрачные солнечные панели пока не готовы к коммерческому использованию, технологию нужно доработать. Их коэффициент преобразования солнечного света в энергию — 2,1% . Этого панели размером со смартфон с трудом хватает на питание мини-электромотора. Коэффициент обычных солнечных батарей — 16-19%, пишет DTF.

В перспективе корейская технология позволит сделать солнечную энергию более доступной. Прозрачные панели смогут покрывать большие площади : их можно будет интегрировать в окна, здания и мобильные телефоны. В то время как нынешние солнечные панели устанавливают либо на крышах, либо в удаленных местах.

Ранее похожую разработку представили ученые из Мичиганского университета. Они создали прозрачные панели, используя органические молекулы, которые поглощают невидимый человеческому глазу инфракрасный и ультрафиолетовый свет.

Источник

Солнечные батареи на базе наногранул диоксида титана дешевле и эффективнее

Ученые из Южной Кореи разработали новейшую технологию изготовления солнечных элементов для производства более дешевых и более емких солнечных батарей. Подобные батареи довольно востребованы на рынке в настоящее время и в условиях кризиса могли бы позволить сократить расходы на энергию.

Сотрудники южнокорейского государственного института наук и технологий (сокр. KIST — Korea Institute of Science and Technology) заявили, что на сегодняшний день ими уже выпущены первые образцы панхроматических элементов для солнечных батарей, но в ближайшее время обещают представить образцы и других видов.

В новых панхроматических элементах присутствуют три слоя на базе наногранул из двуокиси титана, сутью новой технологии является то, что три цветных слоя наногранул позволяют собирать свет в трех наиболее активных длинах, а именно — красной, синей и зеленой. Это, в свою очередь, позволяет новым солнечным элементам производить почти в три раза больше энергии, чем представленные на рынке фотоэлектрические панели.

Нельзя не отметить, что важным конкурентным преимуществом новых солнечных элементов на базе наногранул диоксида титана является высокий коэффициент светопропускания, который позволяет размещать панели, изготовленные по данной технологии, на крышах домов и в окнах помещений (например, в виде тонирующего слоя на окне квартиры).

Не менее важным преимуществом на фоне конкурентных разработок стоит отметить низкую стоимость производства новых солнечных батарей, а также более высокий КПД (17-18% у солнечных элементов на базе двуокиси титана против 11-15% КПД современных фотоэлектрических панелей).

Источник

Самодельная солнечная батарея в закладки 18

«Солнечная» батарея из этого мастер-класса не претендует на статус профессиональной, но она работает! Работает про принципу преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрического эффекта. То есть эта батарея является устройством, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются при воздействии на него света – по материалам википедии.

Шаг 1: Материалы

В основном все материалы для этого руководства легкодоступны, но некоторые возможно придется приобрести через интернет.

• диоксид титана (белый порошок, часто используемый в косметике)
• 2 канцелярских зажима (для скрепления пластин)
• ацетон или спирт
• стеклянные пластины одна из сторон которых покрыта оксидом олова (SnO2) для токопроводимости
• графитовый порошок или грифель от карандаша
• шприц (не обязательно, но удобно)
• мультиметр
• ватные диски
• клеммы «крокодил»
• алюминиевая пластина (или что-то прочное, но не пористое)
• 2 неглубоких блюдца
• ложка
• деминерализированная вода
• сок ягод: малины, черники или ежевики (. обязательно свежевыжатый. )
• раствор йода
• плитка или варочная панель

Шаг 2: Очистка пластин

Когда все необходимое приобретено, начинаем создание солнечной батареи!

Для начала находим чистую и свободную рабочую поверхность для своего процесса, а далее берем в руки ацетон и смачиваем им ватные диски, которыми затем протираем обе стороны пластин. Очищенные пластины кладем на ватные диски и достаем мультиметр для определения токопроводящей стороны. К краям пластины прикладываем щупы мультиметра, который выставлен в режим проверки короткого замыкания, и определяем искомую токопроводящую сторону: есть короткое замыкание — сторона с покрытием, нет – переворачиваем пластину, и определяем на КЗ. Одну пластину кладем токопроводящим слоем вверх, вторую вниз.

Шаг 3: Диоксид титана

Откладываем вторую пластину, с токопроводящим слоем вниз, в сторону, она понадобится лишь в конце процесса.

Первую пластину, с токопроводящим слоем сверху, нужно покрыть слоем диоксида титана. Для этого на одно блюдце наливаем немного деминерализированной воды, и постоянно помешивания добавляем порошок двуокиси титана. Тщательно перемешиваем смесь для полного удаления комков порошка, и в итоге должна получится однородная сметанообразная масса.

Ложкой аккуратно переносим диоксидную массу на пластинку и распределяем ее по всей поверхности. Мы должны получить равномерный слой диоксида на пластинке, и чтобы этого добиться я на стол положил две стопки из двух стеклянных пластинок, которые не используются в данной батарее, между ними положил пластинку со слоем диоксида, а затем полоской алюминия распределил диоксид, используя стопки стекла как опоры.

После распределения слоя диоксида его нужно запечь. Поэтому пластинку с диоксидом титана кладем на плитку или варочную панель и прогреваем на низких температурах, таких чтобы стекло не треснуло. После запекания оставляем пластину с диоксидом на несколько часов для отвердевания состава.

Шаг 4: Сок и графит

После того как состав затвердел, всего лишь 15 минут отделяет нас от полноценного солнечного модуля. Но пока, выжимаем сок в емкость и помещаем в нее пластину с диоксидом, обязательно чтобы сок полностью покрывал пластинку, выдерживаем около 10 минут.

Состав «сок – двуокись титана» это то, что и создает электрический ток. Когда свет воздействует на сок, в нем образуются «отрицательные» электроны и «положительные» дыры, которые затем при объединении станут нейтральными. Но вместо этого диоксид титана переносит электроны к клемме, а затем в электроцепь.

Сейчас берем пластину, которую отложили в начале, ту, что с проводящим слоем вниз. Переворачиваем ее и ацетоном или спиртом снова очищаем токопроводящий слой. Затем распределяем по токопроводящему слою пластины графитовый порошок (раскрошенный грифель карандаша).

Из сока вынимаем пластину с диоксидом, аккуратно промываем ее деминерализованной водой. Но не промачивайте ее ватным диском, как это сделал я, чтобы не разрушить слой диоксида.

Шаг 5: Сборка модуля

Настала финальная стадия – совмещение пластин! Просто берем пластины и прикладываем друг к другу, слой диоксида к слою графита, но немного сдвигаем их, оставляя свободные концы около половины сантиметра для крепление клемм-крокодилов. Полученную конструкцию скрепляем по бокам двумя канцелярскими зажимами.

Для лучшей проводимости между пластинами можно снять один из зажимов и по бокам пластин капнуть несколько капель раствора йода, а затем снова установить второй зажим. Излишки йода можно промокнуть ватным диском.

Поздравляю, солнечный модуль готов! Теперь можно приступить к тестированию, то есть направить на батарею свет и проверить мультиметром напряжение на клеммах. Мой солнечный модуль выдает около 25 милливольт под воздействием солнечного света ( который симулируется лампой ). Немного, но при объединении нескольких модулей в одну батарейку можно получить желаемое напряжение!

Источник

Диоксид титана для солнечных батарей

Производство материалов для литий-ионных батарей >>

Электролитические солнечные батареи>>

Опытные образцы солнечных батарей на диоксиде титана >>

Сотрудниками Центра материаловедения из хлорида титана (побочного продукта изготовления нанопористого углерода для суперконденсаторов и биомедицинских применений из карбида титана украинского производства) по собственной технологии Центра Материаловедения было синтезировано наноразмерный диоксид титана (анатаз). Для изготовления экспериментальных действующих электролитических солнечных ячеек использовался именно этот материал. Таким образом было обеспечено производство электролитических солнечных батарей полностью из отечественного украинского сырья.

Поскольку сенсибилизированные красителями солнечные элементы, как перспективный альтернативный источник электроэнергии, являются экономически выгодным способом преобразования энергии солнца и потенциальной заменой классических солнечных батарей, совместные работы сотрудников Центра материаловедения и Университета Дрекселя над получением и применением новых материалов, исследованием их свойств, а также повышением эффективности цветосенсибилизированных фотоэлементов успешно продолжаются.

Экологическая чистота энергетических технологий является чрезвычайно важным вопросом, что обусловливает повышенное внимание к возобновляемым источникам энергии, в частности солнечной. Энергия солнца в современном мире используется для разных целей, одна из них — это выработка электрической энергии. Использование солнечного электричества имеет много преимуществ. Это чистый, тихий и надежный источник энергии, что открывает солнечной энергетике огромный потенциал и широкие перспективы, на сегодня лишь менее одного процента произведенной в мире электроэнергии имеет «солнечное» происхождение. При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую (фотоэлектрический эффект).

Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках. Сегодня солнечные батареи широко используются в удаленных районах, где нет централизованного электроснабжения, для электроснабжения отдельных домов, для подъема воды и охлаждения лекарств. Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днем электроэнергии. Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т.д. работают от солнечного электричества. Другая область применения — это электроснабжение домов, офисов и других зданий или генерация электричества для сетей централизованного электроснабжения.

Сотрудники лаборатории Центра Материаловедения и Университета Дрекселя разработали новую технологию производства тонкопленочных солнечных элементов с применением ТіО2, на базе которых можно делать существенно более емкие и дешевые солнечные электролитические батареи для использования на массовом рынке.

Опытные образцы солнечных батарей, изготовленные с применением нанопорошка диоксида титана TiO2

Испытание солненой ячейки на хлорофиллe

Принцип такой батареи впервые был предложен в 1991 году профессором Федеральной политехнической школы Лозанны М. Гретцелем (Michael Graetzel), по имени которого они и получили название ячеек Гретцеля. Солнечные батареи такого типа имеют достаточно простую структуру, они состоят из двух электродов, электролита и органического красителя в качестве фотосенсибилизатора. Один из электродов состоит из нанопористого насыщенного красителем полупроводника — диоксида титана (TiO2), нанесённого на прозрачную электропроводящую подложку. Другим электродом является прозрачная электропроводящая подложка, либо тонкий прозрачный слой платины. На сегодня применяются такие полупроводники как TiO2, ZnO, SnO2, Nb2O5. Оксидная пленка нанокристаллического состава покрывается слоем органического красителя, что расширяет область поглощения (от УФ до ИК лучей) и позволяет захватить до 70-90% фотонов солнечного излучения. Способность диоксида титана поглощать ультрафиолет, выбрасывая электроны, лежит в основе таких интересных вещей, как лампочка против запахов, самоочищающаяся одежда, самомоющиеся окна и самоочищающийся бетон.
TiO2 – диоксид титана (двуокись титана) – Titanium dioxide – один из важнейших неорганических соединений, потребляемых современной промышленностью, его уникальные свойства определяют уровень технического прогресса в различных секторах мировой экономики.Преимуществами применения диоксида титана для изготовления солнечных батарей, по сравнению с другими материалами, является химическая стойкость, нетоксичность, биосовместимость и невысокая стоимость. Его особенностью является значительная фотоактивность, а также ярко выраженная зависимость электрических свойств от морфологии поверхности и типа кристаллического состава. В природе диоксид титана кристаллизуется в трех формах: анатаз, рутил и брукит, которые являются широкозонными полупроводниками. Благодаря сочетанию электрических и оптических свойств, для изготовления фотоэлектрических солнечных батарей наибольший интерес представляет именно анатаз. Опытные образцы солнечных батарей, изготовленные с применением наноматериалов и технологий в Центре материаловедения и Университе Дрекселя, разрабатывались из исходного сырья и материалов собственного производства.

Измерение вольт-амперных характеристик электролитической солнечной батареи
в зависимости напряжения от интенсивности светового потока лампы мощностью 200Вт

ерам напряжения на обкладках электролитической солнечной батареи,
проведенный под лучами зимнего солнечного света

Источник

Солнечная ячейка на хлорофилле	Так выглядят солнечные ячейки на различных типах красителей