ZASTOSOWANIE WYBRANYCH BARWNIKÓW ORGANICZNYCH W BARWNIKOWYCH OGNIWACH SŁONECZNYCH

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.

Pełny tekst (pdf)

[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.