La celda solar Grätzel se compone de TiO2 (dióxido de titanio – material semiconductor) pintado con un colorante, un electrólito (solución de yodo), dos electrodos de vidrio con una capa conductora y transparente (SnO2), y un catalizador (grafito o platina). El proceso de fabricación es el siguiente:
1. Preparación de las placas de vidrio conductoras. Hay que tener en cuenta que vamos a trabajar con placas conductoras. Estas placas de vidrio están cubiertas con una película conductora de Sn02, lo que permite el paso de la corriente. Para saber cuál es el lado conductor medimos la resistencia eléctrica con un multímetro. El lado conductor debe tener una resistencia de 20 a 30 Ohmios, mientras que el lado no conductor tendrá una resistencia infinita (a veces mostrada como un “1” en el multímetro). El vidrio lo puedes comprar en tiendas de materiales de laboratorio. Sólo como ejemplo, colocamos una marca de un vidrio colector. Medición de la resistividad de las placas conductoras. Fija las laminas a la mesa con una cinta adhesiva para poder trabajar con ellas en los siguientes pasos. El lado conductor debe estar encima.
Preparación de las placas de vidrio conductoras.
Limpia el vidrio de cualquier rastro de grasa o huellas de la mano usando un trapo suave con alcohol. Deja secar.
2. Preparación de la solución de TiO2. Utilizando un mortero, mezcle 10 ml de vinagre con 6 g de dióxido de Titanio de manera suave y homogénea. La solución debe estar lo suficientemente delgada (como una pintura blanca) para poder ser absorbida por un gotero. Para facilitar las cosas puede agregarse una gota de detergente liquido o de Triton X-100 y dejar reposar por 15 minutos hasta que la solución se disuelva.
Preparación de la solución de Dióxido de Titanio.
3. Preparación del electrodo negativo (-). Con ayuda de un gotero deposite la solución sobre la placa conductora de manera homogénea. (Puedes usar una placa de vidrio para ayudarte a homogenizar la mezcla). Si el resultado no es satisfactorio, limpia la lámina con una paño húmedo y repite la operación. No toques la mezcla con tus manos porque reducirás la eficiencia de la célula.
Preparación del electrodo negativo.
Usando un secador eléctrico seca la solución hasta que la húmeda se haya evaporado. No acerques mucho el secador (máximo unos 10 cm de la muestra). Retira las cintas adhesivas con cuidado de no tocar la solución. Ahora lleva la lámina a un horno a una temperatura entre 450°C y 550°C por diez minutos. También puedes usar un mechero Bunsen y calentar la placa a unos diez centímetros de la llama azul por unos tres a cinco minutos. La pasta blanca cambiará de un color blanco a uno marrón después de un minuto y después regresará a su color nuevamente. Deja la lámina enfriarse.
Método de secado de la lámina.
4. Preparación del electrodo positivo (+). Después de determinar el lado conductor de otra lámina conductora y limpiarla, píntala con un lápiz número dos hasta que quede totalmente oscura. También puedes quemar el lado conductor con una vela.
Preparación del electrodo positivo con lápiz.
5. Coloración del electrodo negativo (-). Podemos usar una gran variedad de tintes para pintar nuestra célula: té negro, zumo de chicha morada, zumo de uva, zumo de remolacha, zumo de mora, etc… Coloca el jugo en una placa Petri del tamaño adecuado para sumergir la placa con TiO2 con el lado blanco hacia abajo. Déjala reposar unos 10 minutos hasta que el TiO2 deje de ser blanco y tenga el color del tinte.
Ejemplos de colorantes que se pueden usar en la célula solar.
Limpia los bordes de la lámina y sécalos después con un secador.
6. Montaje de la célula solar. Junta los dos electrodos usando dos clips metálicos. La capa con TiO2 debe estar en contacto con la capa con grafito, pero debe haber un desfase entre ellas para poder colocar los contactos del multímetro posteriormente.
Así es el montaje de la celda solar.
Para activarla se coloca una gota de electrolito en la célula.
Activación de la celda solar.
7. Medición de la corriente eléctrica. Podemos probar el funcionamiento de nuestra célula conectándola a un multímetro y midiendo la corriente eléctrica que genera. Podremos observar que la tensión va a ir aumentando lentamente.
Ahora llega el turno de probar y medir como se comporta nuestra celda solar.
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Cómo hacer una celda solar fotovoltaica casera con fines educativos 23 FEBRERO, 2017 NINGÚN COMENTARIO
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La célula que aprenderemos a hacer hoy sólo es para fines educativos y no para generar electricidad a gran escala. Nuestra celda solar convertirá la energía solar en energía eléctrica.
Para hacer funcionar la celda, necesitamos un material que produzca el efecto fotovoltaico, normalmente el silicio. Pero para este proyecto vamos a usar oxido cuproso (Cu2O), un semiconductor usado en la fabricación de diodos antes que el silicio. Esta celda solar no va a iluminar una casa, es un proyecto sencillo para aprender como funciona una celda solar fotovoltaica. Por ello, usaremos óxido cuproso y no silicio o germanio que es el material que se usa en la fabricación comercial de celdas solares, con una eficiencia mucho mayor. El funcionamiento es sencillo, la energía solar le da la suficiente energía a los electrones de la última capa del oxido, para que estos se conviertan en electrones libres. Estos pasan a traves del agua salada que es nuestro electrolito y llegan a la placa limpia, retornando a través de los cables a la placa quemada. Mientras mayor sea la radiación mayor cantidad de electrones libres obtendremos y por lo tanto la corriente será mayor.
Materiales para hacer una celda solar fotovoltaica casera.
Lámina de Cobre ( en el proyecto se usa una lámina de 30 x 30 cm x 1/16″ para hacer tres pares de celdas de 10 x 10 cm). Hornilla eléctrica. Cables con pinzas cocodrilo o caimán. Botella de plástico (preferiblemente grande para evitar que las placas entre en contacto). Sal de mesa. Agua. Amperímetro / Multímetro. Cizalla. Pinzas.
Cómo se hace.
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Vamos a comenzar lavándonos las manos para no transferir grasa a la celda cuando estamos trabajando con ello. Cortamos la lámina de cobre de manera que el área de esta, pueda ser calentada totalmente por la hornilla que estas utilizando (Nosotros trabajamos con láminas de 10 x 10 cm). Calienta la lámina en la hornilla media hora aproximadamente. Lava la lámina antes para evitar que queden restos de grasa. Conforme se vaya calentando, la lámina de cobre irá tomando un color como el que se ve en la figura de arriba. Tras lo que se irá formando una capa negra que es el oxido cuproso. Debemos lograr que se forme una buena capa de oxido, para poder trabajar (con media hora de calentamiento debe ser suficiente). Ahora deja que se enfríe la lámina unos 20 minutos. Notarás que se habrán formado escamas que podrás separar golpeando ligeramente la lámina. No limpies la lámina totalmente o se arruinará el experimento. Por último, corta una placa del mismo tamaño que la anterior. Arma el siguiente montaje, conecta cada placa con un cocodrilo, llena un envase con agua salada (es mejor si se calienta previamente o si agregas limón al agua) y coloca las placas mirándose una a la otra, tratando de evitar que entren en contacto. Deberás comprobar con el multímetro, que la placa sin quemar es el polo positivo y la quemada es el negativo. La corriente dependerá del área de la placa y la radiación solar del momento. Puedes hacer combinaciones de esta celda, en serie o paralelo para obtener mayores voltajes o corrientes.
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