La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 LA CELLA DI GRÄTZEL Diario di un esperimento in laboratorio Tra Treviso e Venezia, 18-19 novembre 2008 DOMENICO BOTTEGA Istituto Statale di Istruzione.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 LA CELLA DI GRÄTZEL Diario di un esperimento in laboratorio Tra Treviso e Venezia, 18-19 novembre 2008 DOMENICO BOTTEGA Istituto Statale di Istruzione."— Transcript della presentazione:

1 1 LA CELLA DI GRÄTZEL Diario di un esperimento in laboratorio Tra Treviso e Venezia, novembre 2008 DOMENICO BOTTEGA Istituto Statale di Istruzione Secondaria Superiore Marco Casagrande - Pieve di Soligo

2 2 COME E POSSIBILE?

3 3 COME E POSSIBILE CHE… due vetrini violacei illuminati da una lampada possano far funzionare una calcolatrice? CELLA DI GRÄTZEL

4 4 QUESTA E LA POTENZA DELLA CELLA DI GRÄTZEL! CELLA DI GRÄTZEL

5 5 LE FASI DEL LAVORO Preparazione della sospensione di Biossido di Titanio Deposizione sul vetrino Cottura Preparazione della tintura Preparazione del controelettrodo ASSEMBLAGGIO DELLA CELLA SECONDO GRUPPOPRIMO GRUPPO Treviso, 18 novembre 2008

6 6 Preparazione della sospensione di Biossido di Titanio TiO 2 E stata messa in un mortaio la polvere di TiO 2 ed è stata aggiunta, un ml per volta, la soluzione acida (acido acetico o acido nitrico). Il tutto è stato pestato con un pestello. Il composto ottenuto è stato poi raccolto con una spatola e lasciato riposare in un contenitore chiuso per 15 minuti. PRIMO GRUPPO

7 7 Deposito della sospensione di Biossido di Titanio sul vetrino

8 8 I vetrini sono stati puliti con etanolo e asciugati. Lo strato di Biossido di Titanio è stato deposto sulla superficie conduttiva dei vetrini, verificata attraverso un multimetro. I vetrini sono stati assicurati al tavolo con dello scotch, il quale ha creato un solco da riempire con lo strato della sospensione. Una piccola quantità di sospensione è stata disposta per tutta la larghezza e spalmata con una bacchetta, compiendo movimenti rapidi avanti e indietro, senza sollevare la bacchetta. Dopo un minuto è stato rimosso lo scotch.

9 9 Cottura del vetrino I vetrini ottenuti vanno appoggiati in una capsula di porcellana. Lo strato di TiO 2 viene sinterizzato (cotto) in una muffola a 450°C per 30 minuti.

10 10 SECONDO GRUPPO Preparazione della tintura e immersione del vetrino con TiO 2 I semi di melograno sono stati strizzati con una garza.

11 11 Il liquido ottenuto è stato filtrato, e raccolto in un vetrino da orologio. Poi è stata aggiunta un po di acqua deionizzata. Il vetrino, con la faccia di TiO 2 in giù, è stato immerso per circa 10 minuti nella tintura ottenuta. Successivamente Il vetrino è stato risciacquato con acqua e asciugato. Infine risciacquato con etanolo e tamponato.

12 12 Preparazione del controelettrodo Il vetrino è stato pulito con etanolo e asciugato. Usando una barretta di grafite – nellimmagine una matita – ne viene applicato un strato sulla faccia conduttiva del vetro.

13 13 LASSEMBLAGGIO DELLA CELLA PRIMO E SECONDO GRUPPO

14 14 le superfici trattate e conduttive (una coperta di biossido di titanio e laltra di grafite) devono essere rivolte verso linterno, lievemente sfalsate, al fine di avere due estremità libere per i contatti elettrici. I vetrini vanno bloccati con due clip. Una cella si assembla in questo modo:

15 15 Sul bordo della cella vanno depositate due o tre gocce di soluzione elettrolitica, che, per capillarità, bagnerà completamente lo strato tra i due vetrini. La soluzione elettrolitica

16 16 COSTRUZIONE DEL CIRCUITO E VERIFICA DEL FUNZIONAMENTO DELLA CELLA

17 17 In seguito abbiamo utilizzato tre celle di Grätzel, collegate tra loro attraverso degli elettrodi: quello positivo posto sul vetrino ricoperto di grafite e quello negativo sulla faccia che presentava lo strato di Biossido di Titanio. Le tre celle sono state poste sotto una lampada, la cui luce generava un passaggio di elettroni allinterno delle celle. Gli elettroni andavano ad alimentare la calcolatrice. Al fine di verificare il funzionamento della cella di Grätzel, questultima è stata collegata ad un multimetro, utilizzato dapprima come amperometro per la misura della corrente di corto circuito e poi come voltmetro per la misura della differenza di potenziale.

18 18 CARATTERIZZAZIONE DELLESPERIMENTO Venezia, 19 novembre 2008 Il profilometro

19 19 Il profilometro è uno strumento che permette di misurare differenze di spessore dellordine degli Armostrong. Questo strumento è così composto: è presente un cuscino daria che permette lisolamento da eventuali vibrazioni; una punta metallica che scorre sul campione per la distanza di un millimetro e uno schermo che visualizza loperazione e i dati raccolti. Il nostro obiettivo era quello di quantificare lo spessore dello strato di Biossido di Titanio, misurando la differenza tra questultimo e il vetrino.

20 20 Punta metallica V e t r i n o Biossido di Titanio

21 21 Differenza di spessore tra il vetrino e lo strato di Biossido di Titanio

22 22 Il grafico mostra lo spessore (dopo che la punta aveva percorso circa mezzo millimetro sul vetrino) dello strato di Biossido di Titanio.

23 23 SEM Microscopio elettronico a scansione CARATTERIZZAZIONE DELLESPERIMENTO

24 24 A differenza dei microscopi ottici, i quali utilizzano la luce come sorgente di radiazioni, il microscopio elettronico a scansione (o semplicemente SEM) utilizza un fascio di elettroni, il quale colpisce il campione da osservare. Il risultato che noi otteniamo attraverso questo strumento è unimmagine in bianco e nero, assai simile ad una comune fotografia.

25 25 Seguono alcune immagini del vetrino, sul quale era stato posto lo strato di Biossido di Titanio, ottenute attraverso il SEM. Voltaggio Scala di riferimento

26 26 Elettroni utilizzati per ottenere limmagine: SECONDARI Ingrandimento

27 27 Limmagine presenta in primo piano una frattura nello strato di Biossido di Titanio. Grandezza del fascio incidente (spotsize)

28 28 Tra le diverse funzioni del SEM, vi è anche quella di fare della misurazioni. Limmagine presenta la distanza tra due estremi di una frattura in punti diversi.

29 29 Il fascio di elettroni incidente emesso dal SEM stimola il campione a produrre raggi x. Tali raggi sono quantizzati e perciò caratteristici di ogni elemento. Una microsonda li analizza e riesce così a restituirci dei dati che ci permettono di identificare la composizione del campione.

30 30 Analisi sullo strato di Biossido di Titanio TITANIO

31 31 CONTESTO TECNOLOGICO E INDUSTRIALE IN CUI SI COLLOCA LA CELLA DI GRÄTZEL

32 32 La Dyesol sta realizzando delle unità produttive sia in Grecia che in Turchia. Nel progetto che sta conducendo il materiale organico è integrato con il Biossido di Titanio.

33 33 Sylvia Tulloch, Managing Director of Dyesol, ha dichiarato che la Dyesol sta avendo un ruolo importante nel realizzare il sogno dellideatore di questa rivoluzionaria cella: rendere lambiente di questo pianeta pulito e sano, attraverso risorse energetiche rinnovabili. Il professor Michael Grätzel collabora con la Dyesol in qualità di Presidente dellUfficio Consulenza Tecnologica.

34 34

35 35 Arno Penzias, Premio Nobel per la Fisica, e lazienda Siemens stanno collaborando al progetto della Konarka Technologies: imitando il processo di produzione della pellicola fotografica, il loro obiettivo è quello di contenere il materiale elettrolitico allinterno di un film sottile, utilizzando un sigillante. Attualmente lefficienza delle loro celle è bassa: si aggira intorno al 5%.

36 36 Una variante tecnologica è ciò che propone la Nanosolar, che sta sviluppando una cella che non necessita dellelettrolita liquido in quanto provvista di un substrato flessibile sul quale viene applicata una vernice semiconduttrice organica. Le celle fotovoltaiche vengono prodotte in rotoli. Lefficienza è pari al 10%. Inoltre gli studi della Nanosolar hanno dimostrato che una cella solare è più efficiente delle migliori versioni in silicone e che può essere prodotta per un decimo del costo di queste ultime.

37 37 La messa a punto di un prodotto commerciale è prevista a medio - lungo termine (10-20 anni). Friederike Fleischhaker, Professoressa Associata presso il MIT, dichiara che le celle di Grätzel sono candidate promettenti a rimpiazzare le classiche cellule solari al silicio. Il MIT (Massachusetts Institute of Technology)ha sperimentato per la prima volta nel maggio 2004 una cella fotovoltaica ad alta efficienza e a basso costo che prevede lutilizzo di cloroplasti e proteine fotosintetiche.

38 38 Il professor Thomas Brown, docente di Elettronica Biologica e Molecolare presso lUniversità di Roma Tor Vergata, ha affermato che «il grosso vantaggio dei materiali fotovoltaici risiede nel fatto che questi possono essere depositati, su larghe aeree e a costi molto ridotti, in soluzione liquida come veri e propri inchiostri o paste». LUniversità di Tor Vergata, attraverso un fondo della Regione Lazio, sperimenta sulle Dye solar Cell lutilizzo di un pigmento, le antocianine, simile a quello che caratterizza il colore dei frutti di bosco.

39 39 Quindi, a differenza del processo produttivo dei wafer in silicio, lutilizzo dei materiali fotovoltaici permette di evitare dispendi energetici, economici e danni ambientali. Va inoltre sottolineata la loro compatibilità con film e rotoli di plastica: ciò comporta vantaggi nei costi, nel trasporto e nellinstallazione. Esempi di diversi tipi di cella fotovoltaica Questo comporta che i metodi dellindustria della stampa possono essere applicati nel campo del solare organico.

40 40 Riferimenti sitografici:


Scaricare ppt "1 LA CELLA DI GRÄTZEL Diario di un esperimento in laboratorio Tra Treviso e Venezia, 18-19 novembre 2008 DOMENICO BOTTEGA Istituto Statale di Istruzione."

Presentazioni simili


Annunci Google