Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt trời nhờ lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc – TiO2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt trời nhờ lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc – TiO2 trình bày các module pin mặt trời cấu trúc 04 lớp ITO/PEDOT + nc –TiO2 /MEH-PPV//Al được trình bày chi tiết. Lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc –TiO2 có tác dụng tăng hiệu suất truyền lỗ trống về các điện cực dương của pin, nhằm làm tăng dòng quang điện cho mạch ngoài.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt trời nhờ lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc – TiO2

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 NÂNG CAO HIỆU SUẤT MODULE PIN QUANG ĐIỆN CHO BUỒNG THU NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY SẤY NÔNG SẢN DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NHỜ LỚP TRUYỀN LỖ TRỐNG PEDOT + nc – TiO2 Trần Thị Chung Thuỷ Bộ môn Vật lý - Trường Đại học Thuỷ lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG có điện áp ngưỡng hoạt động là 2,25 V, mật độ dòng điện đạt giá trị 7 mA/cm2 [4]. Với Máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt kết quả này, cần đến 1500 module pin có cấu trời là một trong các ứng dụng khá phổ biến trúc nêu trên để quay được một chiếc quạt và hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời vô tận có thông số kỹ thuật 50W-0,3 A, tương và quý giá. đương với một tấm panel pin mặt trời có diện Các kết quả chế tạo, nghiên cứu và khảo tích 0,75 m2 . sát sự hoạt động của máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt trời, trong đó buồng thu năng lượng mặt trời có nhiệm vụ thu nhận và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt đã được báo cáo [2]. Sau đó, máy sấy đã được cải tiến nhờ sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời có khả năng kháng khuẩn, tự làm sạch nhờ có lớp màng nano TiO2 [3]. Hiệu suất làm việc của máy tiếp tục được cải thiện nhờ phương án tích hợp đồng thời cơ chế chuyển đổi năng lượng mặt trời thành Hình 1. Mô hình máy sấy nông sản dùng nhiệt (hiệu ứng nhà kính) và điện (hiệu ứng năng lượng mặt trời, có buồng thu năng quang điện) [4]. Thế hệ máy sấy này được bổ lượng tích hợp việc thu nhận và chuyển đổi sung thêm các module pin mặt trời hữu cơ năng lượng mặt trời thành nhiệt và điện [3] nhằm chuyển đổi năng lượng mặt trời (quang năng) thành điện năng để làm quay hệ thống Một vấn đề đặt ra là diện tích của tấm panel quạt, hỗ trợ quá trình sấy khô được nhanh và sẽ là khá lớn nếu khối lượng nông sản cần sấy hiệu quả hơn. Do vậy, tấm thu năng lượng lớn. Điều này làm cho kích thước và khối của buồng thu không chỉ là các tấm kính có lượng của máy sấy cồng kềnh. Bởi vậy, cấu diện tích được tính toán phù hợp với khối trúc của các module pin quang điện được tiếp lượng nông sản cần sấy để chuyển đổi năng tục cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất chuyển lượng mặt trời thành nhiệt, mà còn có các tấm đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. pin quang điện được lắp đặt xen kẽ (hình 1). Thêm lớp chức năng truyền lỗ trống và Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các điện tử để tạo ra các pin mặt trời có cấu trúc module pin quang điện phụ thuộc nhiều vào đa lớp thay thế cho các pin mặt trời cấu trúc công nghệ chế tạo, cấu trúc của pin. Module đơn lớp là một trong các giải pháp hiệu quả pin mặt trời có kích thước 2 mm x 2,5 mm x nhằm tăng hiệu suất chuyển đổi quang năng 0,003 mm, cấu trúc 3 lớp ITO/MEH-PPV/Al, thành điện năng. 491
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 Trong báo cáo này, các module pin mặt trời cấu trúc 04 lớp ITO/PEDOT + nc –TiO2 /MEH-PPV//Al được trình bày chi tiết. Lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc –TiO2 có tác dụng tăng hiệu suất truyền lỗ trống về các điện cực dương của pin, nhằm làm tăng dòng quang điện cho mạch ngoài. Hình 2. Ảnh AFM của lớp truyền lỗ trống PEDOT và tổ hợp PEDOT + nc - TiO2 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (30% wt) Lớp nhạy quang của module pin mặt trời được chế tạo bằng công nghệ quay phủ li tâm Hình 3 là phổ truyền qua của màng dung dịch gồm 2 mg polymer MEH-PPV + 1 PEDOT và tổ hợp với nc - TiO2 . Kết quả cho ml dung môi xylene. Tốc độ quay phủ màng thấy màng có độ truyền qua cao trong vùng là 1500 vòng/phút. khả kiến, khoảng 75 đến 85%, không ảnh Lớp truyền lỗ trống được chế tạo từ tổ hợp hưởng tới độ trong suốt của anot ITO, một PEDOT và các hạt nanô TiO2 có kích thước trong những yếu tố quan trọng đối với anot hạt trung bình là 5 nm. Bột nanô TiO2 được của pin mặt trời. hòa trộn vào dung dịch PEDOT-PSS, tỷ lệ phần trăm khối lượng của TiO2 trong hỗn hợp 30% (30% wt). Dung dịch được khuấy bằng máy khuấy từ và rung siêu âm trong 8 giờ để phân tán các hạt nanô TiO2 . Các lớp màng chức năng của pin được xử lý khô trong chân không ở điều kiện áp suất 1,5 MPa. Các điện cực dương (ITO) và điện cực âm (Al) được bốc bay nhiệt trong điều kiện chân không cao, cỡ 10-5 torr. Các module pin mặt trời được chế tạo với kích thước 2 mm x 2,5 mm x 0,003 mm, gồm Hình 3. Phổ truyền qua của lớp truyền bốn lớp màng ITO/PEDOT + nc- TiO2 / lỗ trống PEDOT (a) và tổ hợp PEDOT MEH-PPV/Al trên đế thuỷ tinh. + nc - TiO2 (30% wt) (b) Cấu trúc hình thái học của các lớp được chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét (FESEM), độ truyền qua của màng truyền lỗ Trên hình 4 là phổ tán xạ Raman của màng trống được khảo sát bằng phổ hấp thụ, chiều PEDOT thuần khiết và tổ hợp PEDOT + nc- dày màng được khảo sát bằng phép đo trên TiO2 (30 wt.%). Các đỉnh phổ ứng với số hệ Anpha – Step IQ Profiler. Hiệu suất hoạt sóng đặc trưng cho PEDOT thuần khiết động của pin được khảo sát bằng phép đo đặc không bị thay đổi trong mẫu tổ hợp. Kết quả trưng dòng thế (J-V). này cho thấy tổ hợp không làm thay đổi cấu trúc hóa học của PEDOT. Sự liên kết cơ học 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU với sự xuất hiện của các biên tiếp xúc dị thể PEDOT/TiO2 cấu trúc nanô là yếu tố quan Kết quả chụp ảnh AFM (hình 2) cho thấy trọng làm giảm xác suất bị bắt giữ tại các bẫy trong màng tổ hợp, các hạt và đám hạt nanô của các điện tích tự do, đồng nghĩa với việc TiO2 được phân tán khắp bề mặt của lớp tăng xác suất chuyển dời của các điện tích polymer PEDOT, với kích thước được ước về các điện cực (tăng dòng quang điện ở tính từ vài đến vài chục nanomét, hạt có kích mạch ngoài). thước lớn nhất cỡ 50 nm. 492
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 Hình 5. Đặc trưng mật độ dòng - thế Hình 4. Phổ tán xạ Raman của lớp (J-V) của module pin mặt trời 04 lớp truyền lỗ trống PEDOT và tổ hợp PEDOT + nc - TiO2 (30% wt) 4. KẾT LUẬN Chiều dày của màng được khống chế bằng tốc độ quay phủ và chế độ xử lý khô hợp lý để Đã chế tạo được các module pin mặt trời đạt được cỡ 100 nm (hình 5), phù hợp với yêu có kích thước 2 mm x 2,5 mm x 0,003 mm, cầu của lớp truyền lỗ trống. cấu trúc 4 lớp ITO/PEDOT + nc – TiO2 /MEH-PPV/Al, có điện áp ngưỡng hoạt động là 1,25 V, mật độ dòng điện đạt giá trị 10 mA/cm2 , tương ứng với hiệu suất chuyển đổi quang điện là 7%. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C.L. Hii, S.V. Jangam, S.P. Ong and A.S.Mujmdar. 2012. “Solar Drying: Fundamentals, Applications and Innovations”, ISBN: 978-981-07-3336-0. Hình 5. Chiều dày lớp truyền lỗ trống [2] Trần Chung Thủy. 2015. “Tính toán diện PEDOT + nc – TiO2 (30%.wt) tích tấm hấp thụ năng lượng cho buồng hấp thụ nhiệt của máy sấy nông sản dùng năng lượng Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH Kết quả khảo sát đặc trưng mật độ dòng - Trường Đại học Thủy lợi. thế (J-V) (hình 5) cho thấy linh kiện 04 lớp [3] Trần Chung Thủy. 2016. “Chế tạo máy sấy có điện thế ngưỡng hoạt động là 1,25 V, với nông sản mini dùng năng lượng Mặt trời”, mật độ dòng đạt giá trị 10 mA/cm2 , tương Tuyển tập báo cáo HNKH Trường Đại học ứng với hiệu suất quang điện là 7%. Trong Thủy lợi. khi đó, linh kiện 03 lớp có điện thế ngưỡng [4] Trần Chung Thủy. 2017. “Nghiên cứu chế điện áp ngưỡng hoạt động là 2,25 V, mật độ tạo và khảo sát sự hoạt động của module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của dòng điện đạt giá trị 7 mA/cm2 , tương ứng máy sấy nông sản mini dùng năng lượng với hiệu suất quang điện là 5% [4]. Kết quả Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH này cho thấy linh kiện 04 lớp có hiệu suất cao Trường Đại học Thủy lợi. hơn linh kiện 03 lớp, hứa hẹn có triển vọng ứng dụng nếu tiếp tục được cải tiến trong các nghiên cứu tiếp theo. 493