organische zonnecel

Vr, Bert: Ik ga een eindwerk maken over de organische zonnecel of Gr?tzel-cel. Ik zou graar willen weten of jullie info hebben over hoe zo’n cel zelf te make. Andere info is ook welkom.
Antw:De kleurstof zonnecel of organische cel bestaat uit een dun laagje (ca 10
m m) willekeurig gestapelde titaandioxide deeltjes (grootte
ca 20 nm) waaraan organische kleurstofmoleculen gehecht zijn. De titaandioxide
deeltjes vormen een driedimensionaal netwerk dat stroom kan geleiden als het
belicht wordt. Lees meer..

!! Wist je dat, als je lid wordt, en dan een vraag stelt, we je op de hoogte houden van een antwoord !! [Hier lid worden]

Alvorens in te gaan op het werkingsprincipe van de
kleurstofzonnecel volgen hier enkele belangrijke begrippen:

?

• TCO: transparent conductive oxide, transparant geleidende coating

  ?

  ?

• Electron: elementair negatief geladen deeltje dat onderdeel is van een
  atoom. Een elektrische stroom wordt veroorzaakt door electronen die zich in
  een richting door een elektrische geleider bewegen van de negatieve naar de
  positieve pool van de stroombron.

  ?

  ?

• Titaandioxide: mineraal dat veel gebruikt wordt als wit pigment in
  bijvoorbeeld verf en tandpasta.

  ?

  ?

• Elektrolyt: elektrisch geleidende vloeistof, ionen zorgen hierin voor de
  geleiding.

  ?

  ?

• Ion: atoom dat een of meerdere elektronen mist of teveel heeft en daardoor
  een positieve of negatieve lading heeft.

  ?

De kleurstof zonnecel bestaat uit een dun laagje (ca 10
m m) willekeurig gestapelde titaandioxide deeltjes (grootte
ca 20 nm) waaraan organische kleurstofmoleculen gehecht zijn. De titaandioxide
deeltjes vormen een driedimensionaal netwerk dat stroom kan geleiden als het
belicht wordt. Dit laagje wordt aangebracht op een ondergrond bestaande uit een
glasplaatje met een transparante elektrisch geleidende coating, TCO, erop. Deze
coating is van tevoren op het glas aangebracht en is essentieel om de door de
zonnecel geproduceerde stroom naar een stroomverbruiker, bijvoorbeeld een
rekenmachine, te kunnen transporteren. Dit glasplaatje met gekleurde
titaandioxide erop wordt de foto-elektrode genoemd en dit is de negatieve pool
van de zonnecel. Om de zonnecel compleet te maken is ook een tegenelektrode
nodig en een elektrolytvloeistof. Hierover straks meer.

Het omzetten van licht in elektriciteit werkt in de kleurstof
zonnecel als volgt: een kleurstofmolecuul vangt een minimale hoeveelheid licht
op. De energie in dit licht wordt overgedragen op een elektron uit het
kleurstofmolecuul en vervolgens wordt dit elektron uit zijn vaste verband
vrijgemaakt. Dit vrije elektron heeft nu voldoende energie om door het
titaandioxide te gaan bewegen, via het TCO op het glas en de aangesloten
koperdraadjes naar de verbruiker. Om een elektrische stroom te laten lopen moet
er altijd een gesloten stroomkring zijn. Dat wil zeggen dat de elektronen, nadat
ze in een verbruiker hun energie hebben afgestaan, ook weer terug moeten keren
naar de plek waar ze vandaan komen.

Om dit voor elkaar te krijgen is naast de foto-elektrode, die
elektronen afstaat, een tegenelektrode nodig (de positieve pool van de zonnecel),
die elektronen opneemt, en een elektrolytvloeistof. De tegenelektrode neemt
elektronen van de verbruiker op en draagt ze over op de ionen in de
elektrolytvloeistof. Om dit proces voldoende snel te laten verlopen is een
katalysator nodig. Dit is een laagje grafiet uit potlood, aangebracht op een
stukje glas met transparant geleidende coating. De “opgeladen” ionen op hun
beurt zwerven door de elektolytvloeistof in de pori?n van het
titaandioxidenetwerk totdat ze een kleurstofmolecuul tegenkomen dat een elektron
heeft afgestaan. Het “opgeladen” ion draagt dan een elektron over aan de
kleurstof, waarmee de stroomkring gesloten is en het proces van licht omzetten
in elektriciteit opnieuw kan beginnen.

De kleurstof zonnecel is uitgevonden in de groep van prof.
Michael Gr?tzel in Zwitserland en wordt ook vaak Gr?tzel-cel genoemd. Na de
ontdekking in 1991 [1] wordt in veel onderzoekslaboratoria al snel gezocht naar
natuurlijke alternatieven voor de synthetische kleurstof [2] en wordt ook de
educatieve waarde hiervan ontdekt [3]. Bij het ECN [4] wordt sinds januari 1995
vooral aan de technische aspecten van kleurstof-zonnecellen gewerkt.

Artikel bronnen:
1. B. O?Regan, M. Gr?tzel, Nature 353, 737-739 (1991).

2. A. Kay, M. Gr?tzel, J. Phys. Chem. 97, 6272 (1993).

3. G.P. Smestad, M. Gr?tzel, J. Chem. Educ. 75, 752 (1998).

4. http://www.ecn.nl/main.html, http://www.ecn.nl/press/organic.html.

?

?

?

Overname van :