Проекты

Получение экологически чистых солнечных батарей на основе природных пигментов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Прикладная химия. Материаловедение» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Прикладная химия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2121
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Человечество уже давно ищет альтернативные источники энергии. Одним из таких стало солнце, но нынешние солнечные батареи на основе кремния достаточно дорогие в производстве, а также они не такие экологически чистые, как кажется на первый взгляд. Положение спасает разработка Михаэля Гретцеля – ячейка солнечной батареи, которая стала по-настоящему экологически чистой, кроме того она оказалась дешевле кремниевой, но её эффективность крайне мала.

Цель

Получение экологически чистых солнечных батарей на основе природного пигмента (хлорофилла)

Задачи

  1. Получение хлорофилла из водорослей Spirulina platensis
  2. Переметаллирование хлорофилла или его производного
  3. Подбор полупроводника
  4. Подбор электролита
  5. Сбор ячейки
  6. Исследование эффективности ячейки

Описание

Ячейка Гретцеля – солнечная батарея на органическом красителе, состоит из пластинки электропроводящего стекла, на которую нанесён слой белил из диоксида титана, являющегося полупроводником. Поверх белил располагается слой специального органического красителя, а к стеклу подведены токоприёмники. Особенностью красителя является то, что под воздействием солнечного света он выделяет электроны.

В ходе работы был получен хлорофилл, проведено его переметаллизирование. 

В настоящее время в ячейках Гретцеля в качестве полупроводника используется диоксид титана (TiO2). Ячейка работает только на полупроводниках с широкой запрещённой зоной. Автор предлагает использовать диоксид олова (SnO2), в ширине запрещённой зоны он не уступает диоксиду титана, так как его проще получить и стоимость его ниже.

В качестве электролита был использован йод, который должен участвовать в восстановлении красителя. Краситель был нанесён на полупроводник.

Была собрана ячейка, в качестве анода использовался углерод. Полупроводник был нанесён на стекло, покрытое углеродом. Между двух стёкол добавлялся электролит, фольгу использовали в качестве катода. Было измерено напряжение в ячейке. В качестве источника света выступала лампа дневного света.

Результаты работы/выводы

  1. Был синтезирован полупроводник в виде диоксида олова.
  2. Были изучены свойства солнечных батарей, а также ячейки Гретцеля.
  3. Был синтезирован краситель, а затем нанесён на полупроводник.
  4. Был снят спектр поглощения красителя.
  5. Была собрана ячейка, а также определена её эффективность.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МИРЭА – Российский технологический университет