Thực nghiệm về độ bền hoạt động của pin mặt trời tinh thể Nano oxit tẩm chất nhạy quang

Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM

3.1. Nhiệm vụ đề tài:

Đạt được độ ổn định hoạt động lâu dài ở khoảng 85
o
C trong tối là một yêu
cầu quan trọng để từng bước đưa DSC vào ứng dụng thực tiễn
[27]. Vì vậy nhiệm
vụ của đề tài này là chế tạo các pin DSC, khảo sát độ bền nhiệt của chúng, qua đó
xác định các nguyên nhân chính gây suy thoái pin và đề xuất hướng giải quyết.

Cụ thể, để thực hiện được nhiệm vụ trên chúng tôi phơi nhiệt các pin chế tạo
được ở 85
o
C trong tối ở điều kiện không tải (mạch hở), và theo dõi sự biến đổi của
các yếu tố sau theo thời gian phơi:

 Thông số hoạt động của pin, bao gồm hiệu suất chuyển đổi quang năng, dòng
ngắn mạch, thế mạch hở, hệ số lấp đầy.

 Phổ tổng trở của các pin, phổ này sẽ cung cấp thông tin về các quá trình
chuyển điện tích quan trọng trong pin.

 Hàm lượng và thành phần các chất bám trên bề mặt TiO
2
(chủ yếu là dye).

Từ kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu sẽ tìm hiểu mối liên hệ giữa sự thay đổi
tính năng của pin trong quá trình phơi nhiệt với sự biến đổi tính chất các quá trình
trao đổi điện tích/ion trong DSC và với hàm lượng các chất hấp phụ trên TiO
2
.

Khảo sát được tiến hành với 3 loại dye phổ biến là N719, D520, dye đen và 2
loại dung dịch điện ly gồm I
2
0,05M + LiI 0,1 M + PMII 0,6 M + GNCS 0,1 M
trường hợp có và không có phụ gia 4-TBP 0,5 M.

Mai Thị Hải Hà 43


Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý
3.2. Hóa chất và thiết bị
3.2.1. Hóa chất
 Thủy tinh dẫn FTO (Skruelagsglas), băng dán 1,9 mm-Scotch Magic 3M-
France, Surlyn (của Solaronix).
 Keo TiO
2
(Dyesol, Úc)
 Dye: cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium
(II) bis-tetrabutylammonium (Ru535); cis-bis(isothiocyanato)(2,2'-bipyridyl-
4,4'-dicarboxylato)(2,2’-bipyridyl-4,4’-di-nonyl) ruthenium(II) (D520),
tris(isothiocyanato)-ruthenium(II)-2,2':6',2"-terpyridine-4,4',4"- tricarboxylic
acid, tris-tertrabutylammonium salt (dye đen) của Solaronix SA-Thụy Sỹ.
 Dung dịch H
2

PtCl
6
0,05M (Solaronix).
 LiI (của Merck), I
2
(của Unichem), Propyl metyl imidazol iodine (PMII), 3-
metoxypropionitril (3-MPN) (Fluka), 4-tert-butyl piridin (4-TBP) (Sigma-
Aldrich), muối Guanidine thiocianat (GNCS) (Sigma-Aldrich).
 NaOH 0,1 M, tetramethylammonium hydroxide (TMAH),
tetraethylammonium hydroxide (TEAH), nước miliQ, Ethanol tuyệt đối (của
Merck), Acetonitril (ACN) (Lab-Scan).
 Acid formic và N,N-dimethylformamide (DMF) được sử dụng ở dạng tinh
khiết HPLC (Merck).
 Keo epoxi đóng rắn và kết dính.

3.2.2. Thiết bị
 Độ dày màng TiO
2
trên anốt được đo bằng máy Veeco Dektak 6M Stylus
Profiler, USA
 Pin được phơi nhiệt ở khoảng 85
o
C trong lò nung Lenton (Anh)
 Phép đo đường đặc trưng dòng thế (I-V) được tiến hành trên hai hệ:
o Hệ đo tự tạo với Vôn kế Kyoritsu, model 1009 và Ampe kế Extech,
model 380771. Pin được chiếu sáng bằng đèn Halogen 500 W
Mai Thị Hải Hà 44


Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý

(Osram). Máy đo cường độ quang Tenmars (Lux/FC light meter,
model TM201). 20 000 Lux tương đương với 250 W/cm
2
.

o Máy đo Keithley (Keithley model 2004 digital source meter, USA).
Pin được chiếu sáng bằng Solar simulator (Solarena, Thụy Điển). Hệ
này chỉ dùng khảo sát tác động của cường độ sáng đến đường I-V của
pin.
 Phép đo phổ tổng trở được thực hiện bởi hệ máy Autolab 302N (Eco Chemie
B.V. Hà Lan). Phần mềm phân tích số liệu Fra và Fit & Simulation. Trong
quá trình đo, pin được chiếu sáng bằng đèn Halogen 500 W (Osram).
 Dye được trích ra khỏi bề mặt TiO
2
bằng xylanh nhựa Hình 3.1. Dung dịch
trích trữ trong vial Hình 3.2.
 Phép phân tích định tính và định lượng chất hấp phụ trên TiO
2
được tiến
hành với:
o Cột sắc ký pha đảo 50 mm Xterra MS RP C18 (Waters) (Hình 3.3).
o Hệ thống sắc kí HPLC/MS (Thermo-Finnigan): gồm bơm TSP P4000
đưa dung môi rửa giải qua cột sắc ký theo gradient thiết lập riêng cho
từng chất cần phân tích, hệ thống lấy mẫu tự động TSP Auotosampler,
đầu dò TSP UV 6000 kiểu dãy diode với bước sóng chiếu qua mẫu từ
200 đến 800 nm tạo ra bởi đèn Deuterium và Tungsten, bộ phận phân
tích khối phổ LCQ Deca MS, ion hóa bằng kỹ thuật phun tĩnh điện
ESI, đầu dò khối phổ kiểu bẫy ion.
o Phần mềm LCQ Xcalibur 1.2 được chọn để phân tích sắc ký đồ và
khối phổ đồ.

Mai Thị Hải Hà 45


Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý

Hình 3.1: Xylanh nhựa dùng đẩy dung dịch bazo dùng trích dye vào pin và xylanh
50 μL và 200 μL.



Hình 3.2: Các vial chứa dung dịch dye trích từ pin để phân tích sắc kí.

Hình 3.3: Cột sắc ký dùng chạy HPLC/MS
Mai Thị Hải Hà 46


Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý
3.3. Thực nghiệm
3.3.1. Chế tạo pin DSC
a. Chuẩn bị thủy tinh dẫn điện:
Điện cực thủy tinh được làm sạch bằng nang mực, rửa sạch bằng xà phòng,
sau đó đem đánh siêu âm với ethanol công nghiệp và nước cất đến khi bề mặt không
còn vết bẩn.

b. Chế tạo anốt:
Dán một miếng băng keo đã được đục bỏ lỗ tròn đường kính 9 mm lên trên
mặt dẫn của điện cực thủy tinh đã chuẩn bị trong phần a.

Tráng lớp TiO
2
thứ nhất (lớp hạt nhỏ) lên phần bề mặt để trống của điện cực
thủy tinh bằng phương pháp doctor blade, đợi lớp TiO
2
khô đến trong suốt, bóc bỏ
lớp băng keo, đem đặt trong lò nung 30 phút, nhiệt độ lò được chỉnh tăng từ 250
0
C
đến 450
0
C. Sau đó tráng tiếp lớp TiO
2
thứ hai hạt to lên trên lớp thứ nhất, nung
tương tự như lớp thứ nhất.
Ngâm điện cực đã phủ hai lớp TiO
2
trong dung dịch nước TiCl
4
nồng độ 0,05
M ở nhiệt độ 70
o
C trong 30 phút, lấy ra và rửa sạch bề mặt TiO
2
bằng nước cất, tiếp
tục nung như 2 lần đầu.
Sau khi nung để điện cực nguội xuống 80
o
C rồi ngâm vào dung dịch dye
nồng độ 0,5 mM trong ethanol 20 giờ trong tủ lạnh.

Lấy điện cực ra, dùng ACN rửa trôi lượng dye không hấp phụ lên TiO
2
, để
khô điện cực trong không khí, chuẩn bị ghép với catốt.

c. Chế tạo catốt:
Khoan 2 lỗ tròn nhỏ xuyên qua thủy tinh dẫn, nhỏ 10μL dung dịch H
2
PtCl
6

lên trên mặt dẫn, chờ giọt dung dịch loang tròn ra và khô đi, đem nung trong 15
phút ở 380
0
C. Tiếp tục nhỏ giọt thứ hai và nung tương tự như lần đầu.
(H
3
O)
2
PtCl
6
·n H
2
O PtCl
4
+ 2 HCl + (n + 2) H
2
O (3.1)
PtCl
4

PtCl
2
+ Cl
2
(3.2)
Mai Thị Hải Hà 47