Stockholmi Kuningliku Tehnikakõrgkooli (Kungliga Tekniska Högskolan, KTH) teadlased leidsid viisi, kuidas valmistada senisest efektiivsemaid ning vastupidavamaid pigment-ergastusega (dye-sensitized) päikesepaneele.
Pigment-ergastusega päiksepaneeli katsetamine.
Tööd kajastav artikkel avaldati Briti Kuningliku Keemiaühingu ajakirjas Physical Chemistry Chemical Physics 19. augusti numbris, autoreiks KTH fotoelektrokeemia professor James Gardner, post-dok Muthuraaman Bhagavathi Achari ning anorgaanilise keemia professor Lars Kloo. Artikkel kirjeldab uut kvaasivedelikku – polümeerlahuselist elektrolüüti – mis parendab pigment-ergastusega päikesepaneeli pinge- ja vooluväljundit ning vähendab elektroodide vahelist takistus.
„Meil on nüüd selge tõendusmaterjal, et lisades koobalt-redoks elektrolüüdile ioonjuhtivat polümeeri, muutub oksüdeeritud elektrolüütide transport oluliselt kiiremaks. See tähendab ühtlasi paneeli efektiivsuse 20 % kasvu,“ ütles Gardner.
Pigmentaine neelab nähtavat valgust, ergastub ning saadab paneeli läbipaistva pooljuhi juhtivustsooni elektrone. Pooljuht, mis on ühtlasi paneeli anood, on väga poorse ning õhukese titaaniumoksiidi kihiga kaetud plaat. Välisesse elektriahelasse difundeeruvad elektronid läbi anoodi.
Uues elektrolüüdis sisalduv koobalt-redokskompleks on anoodi ja katoodi vahelise elektrijuhtivuse katalüsaator. Pärast elektronide väljutamist jääb titaaniumoksiidi poolt oksüdeeritud pigmentainesse hulk positiivseid laengukandjaid ehk auke. Need redutseeritakse elektrolüüdiga. Selle tulemusena oksüdeerub jällegi elektrolüüt, mis difundeerub katoodile, et sellelt uusi elektrone haarata. Vooluahelas töö teinud elektronid rekombineeruvad katoodile jõudes oksüdeeritud koombaltkompleksiga. Kokkuvõttes tekib vooluring.
Efektiivseimas päiksepaneelis on ioontransport tugevalt sõltuv atsetonitriilist, mis on madala viskoosusega kergelt aurustuv orgaaniline lahusti. Tarbijaturule mõeldud päiksepaneelis kasutatakse aga vähemaurustuvat lahustit, tavaliselt 3-metaan oksüpropionitriili (3-methoxypropionitrile). Nimetatud lahusti on stabiilsem, ent samas atsetonitriilist viskoossem, mis tähendab ioonide voolule suuremat takistust.
Ent uue polümeeril põhineva elektrolüüdi (milles sisaldub 3-metaan oksüpropionitriili lahusti redoksmediaator Co3+/Co2+), viskoossus on madalam. Lisades elektrolüüdile ioonjuhtiva polümeeri säilub ka madal aurustuvus. See tähendab, et oksüdeeritud koobaltkompleks jõuab katoodile kiiremini.
Kiire koobaltkompleksi transport on oluline, vastasel juhul reageerib enamus koobaltkomplekse anoodi pooljuhi elektronidega, mitte katoodi elektronidega. Järgneks kiire rekombinatsioonikadu. Koobaltikompleksi kiire liikumine vähendab takistust ning suurendab paneeli väljastatavat pinget ning voolu.
Fotosünteesist inspireeritud pigment-ergastatud päikesepaneelid on klassikalise pooljuhtsiirdega paneelidest odavamad.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply