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Progetto lauree scientifiche di Scienza dei Materiali IV Liceo Scientifico Tecnologico – Badoni - Lecco - a.s. 2010/2011 La cella Graetzel.

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Presentazione sul tema: "Progetto lauree scientifiche di Scienza dei Materiali IV Liceo Scientifico Tecnologico – Badoni - Lecco - a.s. 2010/2011 La cella Graetzel."— Transcript della presentazione:

1 Progetto lauree scientifiche di Scienza dei Materiali IV Liceo Scientifico Tecnologico – Badoni - Lecco - a.s. 2010/2011 La cella Graetzel

2 Fra le energie rinnovabili troviamo: Energia da acqua di falda; Energia geotermica; Energia marina; Energia eolica; Energia da biomasse; Energia solare; A bassa entalpia Sistemi idrotermali Bacini idroelettrici Con stazioni di pompaggio Energia delle correnti marine Energia osmotica Energia delle maree Energia del moto ondoso Energia tassalotermica Energia idroelettrica; Fotovoltaico Termici Ad asse verticale Ad asse orizzontale Forestale Agroenergie

3 Sviluppo storico del fotovoltaico 1816 – Stirling brevetta il suo motore; 1839 – Edmond Berquel scopre leffetto fotovoltaico; 1873 – Scoperta della conduttività del selenio; 1883 – Charles Frittes produce la prima cella solare in Selenio; 1956 – Prima applicazione in campo aereo spaziale per le celle fotovoltaiche; 1974 – Primo utilizzo del fotovoltaico in campo stradale. In più i Wronski fabbricano la prima cella al silicio amorfo; 1981 – Prima cella solare con efficienza superiore al 20%; 1991 – Sviluppo delle celle fotoelettrochimiche; 2005 – Moduli di celle solari che utilizzano circa il 17% della luce incidente; 1996 – Prime celle fotoelettriche con efficienze superiori al 10%;

4 I semiconduttori Si definiscono semiconduttori elementi che hanno una resistività, cioè un gap di energia proibita intermedia tra i conduttori e gli isolanti. Questo permette che solo dopo specifiche sollecitazioni un elettrone si liberi proiettandosi nella banda di conduzione e lasciando una lacuna positiva in quella valenza. In questo modo si può originare una corrente elettrica Classificazione Intrinsechi Estrinsechi Drogaggio di tipo p Drogaggio di tipo n Purificazione Fisica Chimica Fusione Trattazione in acido Per essere utilizzato il silicio deve andare incontro a purificazione

5 Effetto fotoelettrico È l'emissione di elettroni da un metallo eccitato dall'esposizione alla luce o ad una qualsiasi radiazione elettromagnetica con frequenza superiore ad una certa frequenza di soglia. Leffetto fotovoltaico Sotto-categoria effetto fotoelettrico si verifica quando un elettrone, stimolato, passa dalla banda di valenza a quella di conduzione. Ciò si verifica nei semiconduttori.

6 Cella di Graetzel e fotosintesi clorofilliana Nella fotosintesi lenergia luminosa si trasforma in energia chimica; un fotone eccita una molecola di clorofilla, che innesca il trasferimento di elettroni dallacqua al NADP sintetizzando il glucosio (energia immagazzinata). Nella cella di Graetzel la funzione della clorofilla viene svolta dal colorante; la luce produce il salto dellelettrone dallo stato fondamentale a quello eccitato. Si può così produrre, attraverso il biossido di titanio e lo iodio in soluzione, corrente elettrica per unimmediato utilizzo.

7 I componenti della cella Soluzione elettrolitica Materiale attivo (colorante) Si lega facilmente con il biossido di TitanioTiO 2, è fotosensibile, cioè ossidandosi cede elettroni; A base di iodio e ioduro di potassio; Fa da mediatore ricevendo elettroni dal contro-elettrodo e cedendoli al TiO 2 attraverso il colorante Biossido di titanio Vetrini conduttori Controelettrodo E di carbonio o grafite, ripristina il ciclo della cella cedendo elettroni Lasciano passare la luce e permettono il contatto elettrico con il circuito esterno Essendo nanostrutturato rende maggiore la superficie di presa del colorante Funge da accettore di elettroni

8 Taglio dei vetrini Preparazione maschera Usando il multimetro si determina il lato conduttore. Con una punta diamantata, si incide il vetro sul lato non conduttore e lo si taglia. Si ricoprono i bordi del lato conduttore del vetrino applicando 3 strisce di nastro adesivo larghe qualche millimetro lasciando libero un lato corto. Procedimento

9 Preparazione e stesura del TiO2 Con un pestello si macinano 5[g] di TiO 2 aiutandosi con 3 [mL] di acido nitrico. È importante non lasciare grumi per la riuscita dellesperienza. Si spalma poi la pasta di TiO 2 sul lato incorniciato dal nastro adesivo aiutandosi con una bacchetta di vetro allo striscio. Questo deve essere fatto in una unica passata. Cottura Quando il TiO 2 è asciutto (~4 min) si toglie il nastro adesivo e si inforna a 450 [°C] per 10 minuti.

10 Aggiunta del succo Viene fatto sgocciolare con molta calma il succo sulla superficie di TiO 2. Poi si aspetta che il succo venga assorbito bene. Preparazione del contro-elettrodo Operando sul lato conduttore di un nuovo vetrino si può annerirlo tutto a con una matita più morbida possibile (grafite), o per mezzo di una fiamma (carbonio).

11 Pulizia Asciugare leccesso di succo e poi lavare con isopropanolo entrambi i vetrini. Soluzione elettrolitica Gocciolare la soluzione elettrolitica sul biossido di titanio. Poi, dopo che è stata assorbita, asciugare la sostanza in eccesso sui bordi.

12 Assemblaggio Il vetrino con il contro-elettrodo viene affacciato al TiO 2 impregnato di colorante lasciando libero il tratto in cui non è stato posto il TiO 2, si chiude la cella con delle clips metalliche Caratterizzazione Per mezzo di un tester si misurano corrente e tensione esponendo la cella a diversi gradi di illuminazione cioè a diverse distanze da una sorgente fissa.

13 Infine i grafici Abbiamo concluso con uno studio dei grafici dellintensità di corrente in funzione della differenza di potenziale della cella Graetzel confrontata con una normale cella al silicio (smontata da una calcolatrice tascabile) Grafico cella al silicioGrafico cella Graetzel Landamento è simile anche se lintensità di corrente e la tensione sono su scale diverse.

14 Ecco il gruppo lavorativo!


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