تقدیر از متوسطه2 فضیلت

در نهمین جشنواره پروژه های دانش آموزی تبیان

پژوهشگران جوان متوسطه2 فضیلت به مدیریت سرکار خانم زهره بصیری در نهمین دوره جشنواره پروژه‌های دانش آموزی تبیان حضور داشتند.

پروژه ی ساخت سلول های خورشیدی از این مدرسه جزء تقدیری های غرفه های این دوره از جشنواره شد. فائزه همایونی، زهرا سلامتی و ستوده سادات رسولی پژوهشگران عزیزی هستند که این پروژه را با راهنمایی سرکار خانم حوریه زارعی انجام داده اند. در زیر خلاصه ای از این پژوهش ارایه می گردد.

چکیده:

با پیشرفت علم نانو و پیشرفت ایران در این زمینه، ما نیز با ساخت سلول خورشیدی توسط نانو ذرات و رنگدانه های طبیعی در نظر داریم سلول خورشیدی ای با بازدهی بالاتر بسازیم. زیرا سلول های خورشیدی رنگدانه ای بازده کمتری نسبت به سایر سلول های خورشیدی پیشرفته دارد و ما در تلاش افزایش طول عمر آن ها نیز هستیم. چرا که اگر این سلول ها با طول عمر کم باشند و زیاد به آنها احتیاج داشته باشیم هزینه ی فراوانی را به دنبال دارد. در این تحقیق سلول خورشیدی با استفاده از نانوذرات تیتانیوم دی اکسید و شیشه اف تی او و کربن و الکترولیت تیری یدید و رنگدانه های طبیعی ساخته شد و دو نوع رنگدانه طبیعی آب انار و آب شاتوت از نظر میزان بازدهی الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت.

تاریخچه پیدایش و پیشرفت سلول های خورشیدی

در سال 1873 شیمیدانی به نام ویلوبی اسمیت متوجه شد که وقتی نور بر فلز سلنیوم می تابد، می تواند یک جریان الکتریکی را هدایت کند. در حالی که این فلز در تاریکی و در صورت عدم وجود نور چنین قابلیتی ندارد. اگرچه سلول های خورشیدی نخستین بار در اواسط دهه 1950 میلادی به عنوان منبع تولید انرژی مورد استفاده قرار گرفتند، اما نخستین تجربیات درباره پدیده فتوولتاییک یا به عبارتی دیگر تولید الکتریسیته از نور در سال 1839 و توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام ارموند بکرل کشف شد.

او پس از انجام آزمایش هایی در این زمینه دریافته بود که وقتی صفحات نقره ای باتری تحت تابش نور خورشید قرار می گیرد، ولتاژ باتری افزایش می یابد. اما نخستین تجربه موفق از این پدیده در یک ماده جامد در سال 1877 گزارش شد.

در آن سال آدامز و دی از دانشمندان و محققان کمبریج به تغییراتی که بر اثر تابش نور خورشید در خواص الکتریکی سلنیوم ایجاد می شد پی بردند و به این ترتیب نخستین سلول خورشید سلنیومی در سال 1883 ساخته شد که می توان گفت بسیار شبیه به سلول های خورشیدی سیلیکونی امروزی بود.

اگر چه این سلول های خورشیدی بسیار کم بود و تنها 10 درصد از انرژی خورشیدی تابیده شده به سطح آن به الکتریسیته تبدیل می شد، اما در حقیقت این سلول ها اولین سلول های خورشیدی بودند. با درک عمقی تر نسبت به این پدیده علمی به تدریج سلول های خورشیدی پیشرفته تر که از بازده بیشتری برخوردار بودند هم ساخته شد.

تاریخچه سلول های خورشیدی رنگدانه ای

در سال1991، 40 سال پس از ساخت اولین سلول خورشیدی سیلیکون، ساخت این سلول ها با توجه به سایر پیشرفت ها در زمینه شیشه دچار تحول عظیمی شد. در این سال پروفسور میشل گرتزل، در دانشکده فدرال تکنولوژی سوئد با بهره گیری از نانو فناوری، مکانیزم فتوسنتز در گیاهان را شبیه سازی کرد.

این سلول که بر اساس مکانیزم فوتو الکتروشیمیایی پی ریزی شده، در نهایت "سلول خورشیدی با مواد رنگ زای حساس به نور" نام گرفت ولی در مراجع عملی مختلف از آن به عنوان "نانو سل" و "سلول ارگانیک" و حتی به نام مخترعشان "سلول گرتزل" هم نامیده می شود. راندمان این نوع از سلول های خورشیدی در حدود 10 % می باشد.

مزایای سلول خورشیدی رنگدان های:

1. هزینه تولید سلول خورشیدی رنگدان های حدود 1/3 سلول های سیلیکونی است.

2.مواد مصرفی سازگار با محیط زیست می باشند.

3. قابلیت تهیه سلول با رنگ های مختلف وجود دارد.

4. قابلیت استفاده از زیر لایه های انعطاف پذیر وجود دارد.

5. وابستگی کمتر به زاویه و شدت تابش نور

ساخت سلول خورشیدی

مواد لازم:

شیشه  ito

خمیر TiO2

الکترولیت ایودید

آب شاتوت

شماره1

روش کار:

ابتدا دو شیشه را با استون تمیز و استریل کرده و به وسیله "اهم سنج" طرف رسانا و نارسانا را مشخص کرده، بر3 ضلع طرف رسانا چسپ زده سپس خمیر نانو تیتیانیوم دی اکسید را به قطر 2 میلی متر روی آن قرار داده با "همزن شیشه ای" آن را روی سطح شیشه پخش می کنیم.

سپس  شیشه را به مدت 20 - 25 دقیقه روی "هیتر" به دمای 400 درجه قرار داده تا رنگ خمیر از سفید به کرم و سپس دوباره به رنگ سفید تغییر رنگ بدهد.

همزمان شاتوت ها را با استفاده از دو بشر فشار داده تا آب آن خارج شده و آن را از صافی رد می کنیم.

سپس طرف رسانای شیشه ی دوم را پس از استریل کردن با استون با استفاده از شمع دود اندود کرده و اطراف آن را به وسیله گوش پاک کن تمیز می کنیم.

پس از تغییر شیشه اول به سفید و سرد شدن، آن را درون آب شاتوت ها قرار داده و به وسیله قطره چکان چند قطره آب و سپس از محلول الکترولیت تری دید را روی آن می ریزیم.

سپس طرف کربن اندود شده ی شیشه دوم را روی آن قرار می دهیم.

کمی صبر کرده  و طرف اند سلول خورشیدی را روبروی نور قرار داده و به وسیله سیم های سوسماری جریان تولید شده توسط سلول را اندازه گیری کرده که این میزان 4/0 میلی آمپر می باشد.

ما در آزمایشات خود به این نتیجه رسیدیم:

- رنگدانه شاتوت برای سلول های خورشیدی رنگدانه ای بهتر است یعنی نسبت به آب انار جریان بیشتری را از خود نشان می دهد.

- ما در آزمایشات خود سلول های خورشیدی حساس شده به رنگدانه ها را در سایز 1.1 در 2 ساختیم و علت کم بودن دو جریان به خاطر همین علت بوده است.

- به دلیل صرفه اقتصادی (هزینه ی تولید این نوع سلول ها حدود یک سوم سلول های سیلیکونی است) و آسان تر بودن روش ساخت این نوع سلول ها و اینکه مواد مصرفی در ساخت این نوع سلول ها با محیط زیست سازگار تر است می توان در آینده ای نه چندان دور این سلول ها را جایگزین سلول های سیلیکونی کرد.

- هم چنین می توان از طریق روش های دیگر این نوع سلول ها را انعطاف پذیر درست کرد.

- هم چنین در این نوع سلول ها، اهمیت زاویه و شدت تابش نور خورشید نسبت به دیگر سلول های خورشیدی کمتر بوده و با داشتن این ویژگی ها سلول های نسل سوم نسبت به سایر سلول ها متمایز می شوند.

برای آگاهی بیشتر اینجا کلیک کنید تا اطلاعات بیشتری کسب کنید. دانلود

مطالب مرتبط:

سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

سلول خورشیدی

روبات آفتاب گردان

انرژی خورشیدی

ماهواره ها

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه سارا خرّمی نژاد

تنظیم: نسرین صادقی