Ya hemos publicado anteriormente el proceso de fabricación de una celda solar de cobre para fines didácticos. Hoy aprenderemos cómo podemos construir una celda solar Grätzel para fines didácticos.
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.
Aquí unos vídeos para ayudarte con el montaje:
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