Chế tạo Pin Mặt Trời tại nhà

[hanhtinhxanh_ngoisao_odon]

Chế tạo pin mặt trời (solar cell) tại gia














Trong thời buổi kinh tế khó khăn hiện nay chi phí cho năng lượng
trong đó là điện ảnh hưởng đến chi phí của sản xuất cũng như đối với
cuộc sống của mọi người. Điện lực vẫn tiếp tục hăm he đòi tăng giá với
lý do bị lỗ trong khi lại yêu cầu trích 1000 tỉ để làm quỹ khen thưởng
cho NV trong ngành. Do đó nhu cầu tìm kiếm một nguồn năng lượng thay thế
đã phát sinh trong mỗi chúng ta. Pin mặt trời là một giải pháp mọi
người thường nhắc đến nhưng với giá thành hiện tại thì vẫn còn là sự xa
sỉ (nghe đâu phải sử dụng những hơn 20 năm mới khấu trừ hết chi phí).
Xin giới thiệu với anh em một phương pháp làm pin mặt trời tại nhà có lẽ
không mới nhưng có thể thực hiện được. Phương pháp này mình sưu tầm và
biên dịch từ các nguồn trên Internet nên có lẽ sẽ có sai sót mong các
bạn đóng góp.
Bắt đầu...

Năm 1991, giáo sư hóa học Michael Grätzel tại École Polytechnique
Fédérale in Lausanne, Switzerland nghiên cứu về sự quang hợp nhân tạo
(Artificial photosynthesis), ông phát minh ra một kiểu solar cell mới.
Nó sử dụng một thuốc nhuộm chứa ruthenium hoạt động giống như
chlorophyll trong lá cây để hấp thụ ánh sáng và giải phóng electron. Các
electron được thu bởi một màng film bằng Titanium dioxide (TiO2) và
sinh ra dòng điện. Từ đó các nhà sản xuất chế một loại cell gọi là dye
solar cell với chi phí chỉ bằng 1/10 so với công nghệ silicon. Dye solar
cell có thể được in trên các tấm film polymer hoặc trên các tấm kiếng
dẫn điện (conductive glass).
[You must be registered and logged in to see this image.]
I) Nguyên lý hoạt động
[You must be registered and logged in to see this image.]
Cấu tạo của cell bao gồm:1 lớp kính hoặc film có thể dẫn điện (FTO:
fluorine doped tin oxide film/conductive glass) tiếp theo là lớp TiO2,
lớp chất nhuộm dye (chứa ruthenium), lớp chất điện phân
(iodide/triiodide), một lớp gọi là counter electrode bằng bạch kim Pt
hoặt graphite, và lớp cuối cùng cũng là FTO/glass





In a three-electrode cell, a counter electrode, also called an
auxiliary electrode, is used only to make a connection to the
electrolyte so that a current can be applied to the working electrode.
The counter electrode is usually made of an inert material, such as a
noble metal or graphite, to keep it from dissolving.






- Khi ánh sáng chiếu vào electron ở lớp nhuộm dye được giải phóng.
- Electron được TiO2 hấp thụ và chuyển vào lớp kính/FTO
- Electron sẽ chạy qua tải tạo thành dòng điện và trở về lớp counter electrode
- Tại counter electrode xảy ra quá trình trao đổi electron của chất điện phân
+ [You must be registered and logged in to see this image.] tại lớp counter electrode
+ [You must be registered and logged in to see this image.] tại lớp nhuộm










<blockquote class="postcontent restore ">
II) Tiến hành
1) Chuẩn bị vật liệu
- 2 miếng kiếng hoặc FTO film dẫn điện được.
- Bột TiO2 Degussa P25.
- Axit nitric hoặc acetic (dấm) pha với nước cất có pH 3 - 4.
- Thuốc nhuộm có chứa ruthenium hoặc nước trái mâm xôi, nước hạt lựu,
nước củ cải đường, hoa dâm bụt. Nói chung là nước gì có màu tía
(purple).
- Dung dịch 0.5M potassium iodide (KI) trộn với 0.05M iodine (iốt) và ethylene glycol làm chất điện phân (electrolyte)

Chuẩn bị bột TiO2
a) Lấy 12g TiO2 Degussa P25 và cho vào cối và giã nhuyễn.
b) Lấy 18 mL dấm vào một cái lọ (hoặc ống nghiệm gì đó)
c) Lấy 2 mL nước deionized (nước cất?) vào một cái lọ khác. Cho thêm vào
2 giọt xà phòng rửa chén (không màu, trong). Cẩn thận khuấy dung dịch
để tránh tạo ra bọt.
d) Cho khoảng 30 giọt dấm (ở cái lọ trên) vào trong cối chứa TiO2 và giã.
e) Trộn hỗn hợp TiO2 cho đến khi đều và không còn cục
f) Lặp lại bước d & e cho đến khi dùng hết 18mL dấm
g) Cho hỗn hợp nước + xà phòng đã chuẩn bị ở bước 3 vào hỗn hợp TiO2 và khuấy đều tránh tạo ra bọt
h) Để hỗn hợp 15 phút trước khi sử dụng

2)Thực hiện
a)Tiến hành tráng TiO2
- Chuẩn bị 2 tấm kiếng dẫn điện khoảng 6.5 cm2. Chùi 2 tấm kiếng bằng cồn ethanol
- Xác định mặt kiếng nào dẫn điện bằng đồng hồ (đo khoảng 10-30 ohm). Mặt không dẫn điện thì điện trở là vô cực.
- Chuẩn bị một mặt phẳng sạch sẽ (mặt bàn?). Đặt 2 tấm kiếng lên với 1
tấm mặt dẫn điện ngửa, tấm còn lại với mặt dẫn điện úp. Lấy băng keo
mỏng dán 2 bên mép kiếng với chiều rộng 2mm
[You must be registered and logged in to see this image.]
- Dán một miếng băng keo có chiều rộng 5 -6mm ngang trên miếng kiếng có mặt dẫn điện ngửa.
[You must be registered and logged in to see this image.]
- Bây giờ là bước quan trọng tráng hỗn hợp TiO2. Cho hỗn hợp TiO2 vào
trong một bình thuốc nhỏ mắt (tất nhiên là không có thuốc nhỏ mắt) nhỏ
một ít hỗn hợp TiO2 lên mặt kiếng dẫn điện, ngay lập tức dùng một cái
que bằng thủy tinh tròn đặt nằm ngang như hình dưới. Kéo lên, kéo xuống
(không có lăn) cho hỗn hợp trải đều. Làm khoảng 2,3 lần cho đến khi hỗn
hợp được trải mịn trên mặt kiếng dẫn điện. Trong quá trình tráng có thể
cho thêm hỗn hợp nhưng phải làm thật nhanh vì hỗn hợp sẽ bị khô rất
nhanh. Nếu làm sai có thể bóc bỏ lớp tráng đi và làm lại.
[You must be registered and logged in to see this image.]
- Khi làm xong ta có một lớp film mỏng được tráng như hình sau
[You must be registered and logged in to see this image.]
- Bây giờ cẩn thận bóc băng keo dán ngang. Đặt ngón tay (nhớ đeo găng
tay cao su) lên mặt kiếng chỗ băng keo vừa bóc ra để đè miếng kiếng này
xuống. Trong khi đó nhờ một người khác từ từ lột 2 miếng băng keo dán
dọc ra. Dùng một miếng kiếng mỏng che mặt tấm kiếng mới được tráng TiO2
film lại. Bóc hết TiO2 dính trên bề mặt không dẫn điện của tấm kiếng thứ
2 và trên que thủy tinh. Rửa lại bằng cồn ethanol.
[You must be registered and logged in to see this image.]
- Sau đó chờ lớp TiO2 film khô và cho vào lò oven (lò nướng) (vẫn được
một tấm kiếng mỏng che lên) nung ở nhiệt độ 450 độ C trong vòng 30 phút.
Lấy ra và để nguội. Có thể dùng kính hiển vi để kiểm tra lớp film mới
tráng có bị xước không.
b) Nhuộm
- Nhúng tấm kiếng có lớp film TiO2 mới tráng vào dung dịch thuốc nhuộm
trong 10 phút cho đến khi lớp film TiO2 được nhuộm một màu tía sẫm. Nhìn
qua 2 mặt tấm kiếng để kiểm tra xem thuốc nhuộm có được thấm đều không.
Không một vệt trắng sáng nào (màu của TiO2) còn sót. Nếu có thì tiếp
tục nhuộm. Xong cẩn thận dùng nước cất để rửa (tránh tiếp xúc tay vào
lớp film). Xong dùng cồn ethanol để rửa. Một điều quan trọng là không để
nước còn sót trong film. Úp mặt film xuống một tấm khăn giấy sạch để
thấm khô. Tấm kiếng này phải sử dụng ngay để tránh không khí làm ôxy hóa chất nhuộm và làm mất sự nhạy sáng.

[You must be registered and logged in to see this image.]
c) Tạo lớp counter electrode
-Bây giờ là tạo lớp counter electrode. Lấy miếng kiếng còn lại kiểm tra
xem mặt nào dẫn điện. Dùng bút chì hoặc graphite tô lên một lớp mỏng.
Sau đó đem rửa với cồn và để khô.
[You must be registered and logged in to see this image.]
c) Lắp ráp
-Bây giờ 2 miếng kiếng có thể ráp lại với nhau. Đặt 2 miếng kiếng xo le
nhau, dùng cái kẹp giấy để kẹp chặt 2 miếng kiếng lại. Dùng ống nhỏ
mắt/xy lanh nhỏ vài giọt dung dịch điện phân (iot) vào mép 2 miếng kiếng
như hình vẽ. Ta sẽ thấy dung dịch iot được hút dần vào trong cell do
hiện tượng mao dẫn. Sau đó dùng keo dán (chưa biết loại nào, có thể là
sillicon?) để dán mép kiếng cho dung dịch điện phân khỏi chảy ra.
[You must be registered and logged in to see this image.]
d) Test
Bây giờ có thể đem solar cell ra ngoài nắng để phát điện. Tùy theo phẩm
chất của chất nhuộm mà cell sẽ sản sinh ra được 0.3 to 0.7V với dòng từ 1
to 2 mA / cm2.
[You must be registered and logged in to see this image.]

3) Các link tham khảo
[You must be registered and logged in to see this link.]
Video minh họa (cài QuickTime player để xem)
[You must be registered and logged in to see this link.]

Nếu gặp khó khăn về công cụ và làm việc với hóa chất ta có thể nhờ ngừơi có chuyên môn về hóa học giúp đỡ. Có thể tham gia [You must be registered and logged in to see this link.] của diễn đàn hóa học Việt nam để nhờ trợ giúp

Để đạt được hiệu suất cao hơn ta có thể mua các vật liệu thương mại
như dye (chất nhuộm), paste (kem tạo lớp counter-electrode),
electrolytes (chất điện phân) tại [You must be registered and logged in to see this link.].
Theo dientuvietnam.net

</blockquote>