Celda solar casera Grätzel (proyecto de ciencias)

 Ya he descrito anteriormente el proceso de fabricación de una celda solar de cobre para fines didácticos. En este ocasión mostraré como fabricar una célda Grätzel  también para fines didácticos.

La celda Grätzel está compuesta por un material semiconductor (TiO2, dióxido de titanio) pintado por un colorante, un electrólito (solución de Yodo), dos electrodos de vidrio con una capa de conductora y transparente (SnO2) y un catalizador (grafito o platina). 

1. Preparación de las placas de vidrio conductoras.

Recuerda que vamos a trabajar con placas conductoras. Estas placas de vidrio son cubiertas con una película conductora de Sn02 que permiten 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 puede ser comprado en tiendas de experimentos de laboratorio. Solo como ejemplo, colocamos una marca de un vidrio colector: http://www.pilkington.com/products/bp/bybenefit/specialapplications/tecglass/default.htm

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. Dejar 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 (método 1).

Preparación del electrodo positivo con mechero (método 2).

5. Coloración del electrodo negativo (-)

Podemos usar una gran variedad de tintes para pintar nuestra célula: té negro, jugo de chicha morada, cochinilla, jugo de uva, jugo de remolacha/betarraga, jugo de mora, etc.

Coloca el jugo en una placa Petri lo suficientemente grande para sumergir la placa con TiO2 con el lado blanco hacia abajo. Dejar reposar la placa unos 10 minutos hasta que el TiO2 deje de ser blanco y tenga el color del tinte.

Ejemplos de colorantes posibles para la célula solar.

Limpia los bordes de la lámina y seca después la lámina con un secador.

6. Montaje de la célula solar

Junte 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 después.

Montaje de la celda solar.

 Para activar la célula coloca una gota de electrolito en la célula.

Activación de la celda solar.

7. Medición de la corriente eléctrica.

Para observar el funcionamiento de la célula, conecta la célula  a un multímetro y mide la corriente eléctrica. Vas a observar que la tensión va aumentar lentamente.

Medición y ensayos de la celda solar.

Aquí hay un video para ayudarles con el experimento:

Celda solar casera

Fuentes:

http://teachers.usd497.org/agleue/Gratzel_solar_cell%20assets/instructions%20for%20making%20the%20gratzel%20cell.htm

http://www.cienciaviva.pt/docs/celulafotovoltaica.pdf