Étape 6: Discussion sur l’énergie : efficacité
Comme une technologie émergente, colorant les cellules solaires performances médiocres par rapport aux traditionnelles cellules solaires ou les sources d’énergie fossile. Bien que le soleil est une source abondante d’énergie, de nombreux facteurs limitent l’efficacité des DSSCs de convertir la lumière du soleil en énergie électrique. (Voir l’article « Faire progresser au-delà de génération actuelle dye-sensitized solar cells » pour plus d’informations sur les limitations et les possibilités d’amélioration du DSSC).Alors que les combustibles fossiles ont beaucoup d’inconvénients, leurs avantages comprennent la densité d’énergie et à faible coût (sans tenir compte des externalités). Pour mieux illustrer les avantages et les inconvénients des énergies alternatives, il est préférable d’examiner cette question sous l’angle de mise sous tension de la calculatrice de plus haut dans ce guide.
Pour alimenter cette calculatrice avec notre DSSCs, nous avons connecté trois cellules (chacun environ 3 cm ^ 2 en surface) en série avec la calculatrice. Notre circuit produit 1.04V et 630 microampères, c'est-à-dire 0,6552 milliwatts de puissance. Les cellules ont été placés sur un rebord de fenêtre, recevant une quantité modérée de lumière du soleil en début d’après-midi une Nouvelle Angleterre journée d’hiver. Selon le livre susmentionné de Grätzel, on pourrait s’attendre à 600-800 W/m ^ 2 (0,54-0,72 W / 9 cm ^ 2) des rayons du soleil d’atteindre les cellules solaires.
Pour trouver la quantité d’énergie produite par la cellule solaire original de la calculatrice, j’ai également connecté la cellule PV à un multimètre alors qu’il reposait sur le rebord de la fenêtre même. Cependant, la cellule PV et DSSCs ont été mesurées à des jours différents avec différentes quantités de lumière disponible, donc ce n’est pas une comparaison parfaite. Néanmoins, il est raisonnable de se n'attendre que de petites variations entre deux après-midi d’hiver en Nouvelle-Angleterre qui étaient moins d’une semaine d’intervalle. La cellule PV produit 9,2 milliwatts de puissance (2,8 milliampères et 3,27 volts). Il s’agit de 14 fois les performances de le 3 DSSCs et 21 X le rendement des cellules DSS par unité de surface. (15.20661157 W/m ^ 2 pour le PV vs 0,728 W/m ^ 2 pour les DSSCs).
Pour connaître le montant d’une source d’énergie conventionnelle nécessaire pour alimenter cette calculatrice, je sais qu’un kilogramme de charbon (en général la plupart énergie dense combustibles fossiles) produira environ 7,4 mégajoules d’électricité. Par conséquent, il faudrait 2.92*10^(-7) kilogrammes (c.-à-d. 0,292 milligrammes) de charbon pour alimenter cette calculatrice pour toutes les heures utilisées.
Ces chiffres montrent les difficultés inhérentes à la conversion de l’énergie solaire en électricité. J’ai entrepris de calculer une mesure de l’efficacité pour les DSSCs qui ont été produites, en plus de la cellule solaire (PV) photovoltaïque qui a initialement alimenté la calculatrice. Les deux cellules ont été testés à l’intérieur d’un appareil de la boîte en carton où une seule source lumineuse (lampe halogène au tungstène 45W 120V) ont brillé sur les cellules solaires à égale distance d’en haut. Il n’y a aucune autre source lumineuse qui entré dans cet appareil, et l’intérieur a été vaporisées noire afin de minimiser la réflexion de la lumière le carton.
L’un de le DSSCs produit 5,5 microwatts de puissance, soit 0,01897 Watts/m ^ 2 lorsqu’il est testé à l’intérieur de la boîte. Cette puissance par unité de surface a été significativement plus faible que 1,49 Watts/m de la cellule initiale de calculatrice ^ 2 (2.99V * 301 microampères / 6,05 cm ^ 2). Considérant que les DSSCs avaient 1,27 % l’efficacité des cellules solaires un bon marché, marché de masse de la calculatrice, les capacités de base axée sur la pigmentation DSSC technologie laissent beaucoup à désirer. L’article original de Grätzel mentionné que l'on pouvait espérer efficacités entre 0,5 % et 1 % pour DSSCs construits dans leurs procédures expérimentales. Cela crée une confusion quant à pourquoi le PV a surpassé la DSSC 78 X par unité de surface. Basé sur les technologies actuelles, il serait impossible pour cellule PV de la calculatrice un peu coûteux à produire de l’électricité avec une efficacité entre 39 % et 78 %. Cet écart pourrait être le résultat d’une lampe halogène au tungstène émettant des rayons de lumière différentes de celles du soleil. Les DSSCs n’a en fait effectué plus comparable lors d’un essai le long du rebord de la fenêtre. Il est également possible que notre équipe de recherche n’a pas créé des cellules de la même qualité et efficacité en tant que ceux qui ont écrit l’article original de Grätzel.
Il y a quelques autres considérations importantes à ces comparaisons des sources d’énergie. Tout d’abord, colorant les cellules solaires ont des problèmes de stabilité qui empêcherait probablement de fonctionner pendant vingt ans (la durée de vie typique d’une cellule PV). Mon équipe a remarqué la dégradation importante des performances de nos semaines simple cellule après assemblage ; Cependant, nous n’avons pas pris bon nombre des précautions possibles en prolongeant la durée de vie de la cellule. (Lire les efforts de l’équipe de recherche sur un d’améliorer la stabilité extérieure de leurs DSSCs) Néanmoins, cette limitation met en évidence un problème avec la production actuelle d’énergie renouvelable. Il y a certaines technologies qui ont la possibilité de concurrencer raisonnablement de charbon et d’autres sources d’énergie à base de carbone, mais les nombreuses technologies ont graves obstacles financiers et technologiques qui empêchent l’adoption grand public. Après des expériences de l’équipe de ma recherche, cellules solaires photovoltaïques détiennent actuellement beaucoup plus de potentiel que colorant à alimenter les besoins énergétiques futurs du monde.
