Zastosowanie wybranych barwników organicznych w barwnikowych ogniwach słonecznych

• Autorzy: Siedliska K. , Zdyb A.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.224

Warianty tytułu

EN

Using of selected organic dyes in dye sensitized solar cells

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Coraz większe potrzeby energetyczne świata oraz nacisk na aspekty ekologiczne wymuszają poszukiwanie nowych, bardziej efektywnych i tanich sposobów wytwarzania energii elektrycznej, stąd wynika wzrost zainteresowania w ostatnich latach barwnikowymi ogniwami słonecznymi (DSSC – Dye Sensitized Solar Cells). Głównym komponentem takiego ogniwa, który odpowiada za absorbcję promieniowania słonecznego padającego na jego powierzchnię, jest półprzewodząca warstwa nanocząstek TiO2 z zaadsorbowanym na niej barwnikiem. Barwnik działający jako sensybilizator jest adsorbowany na powierzchni ditlenku tytanu, ponieważ powoduje zwiększenie zakresu absorpcji promieniowania słonecznego przez oświetlaną elektrodę. W niniejszej pracy przedstawiono zastosowanie wybranych barwników organicznych (alizaryny, chinizaryny, ktecholu, parabutylokatechiny) oraz dwóch technik wytwarzania warstwy półprzewodzącej nanocząstek TiO2 (nanoszenie z roztworu koloidalnego lub pasty) do budowy ogniw DSSC. Wyznaczono widma absorpcji światła dla poszczególnych barwników i zmierzono sprawności ogniw w zależności od rodzaju zastosowanego barwnika oraz metody wytworzenia warstwy TiO2. Każdy z badanych sensybilizatorów trwale adsorbuje się na nanocząstkach TiO2 w czasie jednej doby. Wykorzystanie danych komponentów do budowy ogniwa pozwoliło na uzyskanie najwyższej sprawności rzędu 0,272% w przypadku elektrody wykonanej z pasty oraz zaadsorbowanego na niej barwnika chinizaryny. Przedstawione w artykule wyniki badań pozwalają stwierdzić zasadność zastosowania wybranych barwników oraz konieczność dalszych badań nad zwiększeniem wydajności ogniw typu DSSC.

EN

Considering the increasing global demand for energy and the harmful ecological impact of the conventional energy sources, it is obvious that development of clean and renewable energy sources is a necessity. Nowadays, dye sensitized solar cells (DSSC) represent one of the most promising methods for future large-scale conversion sunlight into electricity. The main component of DSSC is the semiconducting layer of TiO2 nanoparticles with adsorbed dye, which is responsible for absorption of the solar radiation incidenting on the surface. Sensitizing dye is adsorbed onto the surface of titanium dioxide layer so as to increase the extent of absorption of solar radiation by irradiated electrode. In the following paper, application of four selected organic dyes (alizarin, catechol, quinizarin and 4-tertbutylocatechol) and two techniques of deposition the TiO2 nanoparticles mesoporous layers on conducting glass as electrodes (application from colloidal solution or paste) were studied. The light absorption spectrum was determined for each dye and the efficiency of the cells was measured depending on the type of dye and the deposition method of titanium dioxide conducting layer. Each sensitizer dye was adsorbed on TiO2 surface by dipping in a dye solution for one day. The use of selected components for the cell construction made it possible to achieve the highest efficiencies of 0.272%, which were obtained with electrodes covered by titanium paste and the quinizarin dye. The results of the research presented in the following paper allow to determine the validity of selected dyes and the necessity for further research on the issue of increasing the efficiency of DSSC type cells.

Słowa kluczowe

PL

ogniwo barwnikowe; DSSC; fotowoltaika; substancje sensybilizujące; alizaryna; katechol; chinizaryna; parabutylokatechina

EN

dye sensitized solar cell; photovoltaic; sensitizer compounds; alizarin; catechol; quinizarin; 4-tert-butylocatechol

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 3
• Strony: 413--420
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Siedliska K.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Katedra Fizyki, ul. Akademicka 13, 20-950 Lublin; tel. [phone]

autor

Zdyb A.

• Politechnika Lubelska, Instytut Inżynierii Odnawialnych Źródeł Energii, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin; tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Grätzel M., Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 4, 2003, pp. 145–153.
• [2] Grätzel M., Solar Energy Conversion by Dye-Sensitized Photovoltaic Cells, Inorganic Chemistry 44, 2005, pp. 6841-6851.
• [3] Sharma G. D., Daphnomili D., Gupta K.S.V., Gayathri T., Singh S.P., Angaridis P.A., Kitsopoulos T.N., Tasise D., Coutsolelos A.G., Enhancement of power conversion efficiency of dye-sensitized solar cells by co-sensitization of zinc-porphyrin and thiocyanate-free ruthenium(II)- terpyridine dyes and graphene modified TiO2 photoanode, RSC Advances 3, 2013, pp. 22412-22420.
• [4] Mathew S., Yella A., Gao P., Humphry-Baker R., Curchod B.F.E., Ashari-Astani N., Tavernelli I., Rothlisberger U., Nazeeruddin M.K., Grätzel M., Dye-sensitized solar cells with 13% efficiency achieved through the molecular engineering of porphyrin sensitizers, Nature Chemistry 6, 2014, pp. 1-6.
• [5] Li Y., Ku S.-H., Chen S.-M., Ali A., AlHemaid F.M.A, Photoelectrochemistry for Red Cabbage Extract as Natural Dye to Develop a Dye-Sensitized Solar Cells, Interational Journal of Electrochemical Science 8, 2013, pp. 1237-1245.
• [6] Zdyb A., Krawczyk S., Characterization of adsorption and electronic excited states of quercetin on titanium dioxide nanoparticles, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, vol. 157, 2016, pp. 197–203.
• [7] Zdyb A., Krawczyk S., Adsorption and electronic states of morin on TiO2 nanoparticles, Chemical Physics, vol. 443, 2014, pp. 61–66.
• [8] Kamat P.V., Bedja I., Hotchandani S., Photoinduced charge transfer between carbon and semiconductor clusters. One-electron reduction of C60 in colloidal TiO2 semiconductor suspensions, Journal of Physical Chemistry 98, 1994, pp. 9137-9142.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)