Guía de "Célula de Grätzel"

IES Almunia

Célula de Grätzel

Energía, Energía Renovable

1. ¿Qué es un semiconductor?

2. ¿Qué usos tienen los semiconductores en energía solar?

3. ¿Podemos obtener energía del Sol usando clorofila y un semiconductor?

1. Dos láminas de vidrio tratado para conducir la corriente eléctrica (ITO ó FTO) del tamaño de un portaobjeto.

2. Óxido de Titanio (IV)

3. Vinagre

4. Lápiz de grafito blando

5. Espinacas, moras o uvas tintas

6. Disolución de Iodo y Ioduro (Lugol)

7. Cinta celo

8. Portaobjeto

9. Placa eléctrica, mechero o horno

10. Mortero

11. Pinzas de cocodrilo

12. Cuentagotas

13. Polímetro

Inventada por Michael Grätzel en 1991, la célula ce Grätzel es una célula fotovoltaica con estructura de sandwich. Consiste en dos placas de vidrio con las caras interiores conductoras, que actúan de electrodos, una capa de óxido de titanio (IV) semiconductor tintado con clorofila o algún tinte natural, y una fina capa de grafito.

El fundamento de esta fotocélula es el mismo que el del resto de las fotocélulas que aparecen en este espacio del IES Almunia. Pero su diseño es mucho más eficiente que el de las anteriores.

La luz incide en la capa de óxido de titanio (IV) tintado con clorofila, las moléculas de clorofila se excitan y ceden electrones, que pasan a la banda de conducción del TiO₂, pasan al vidrio conductor y de ahí mediante el cable de conexión pasan al otro vidrio, a la capa de grafito, y de vuelta a las moléculas de clorofila.

Preparación del electrodo negativo

1. Lavamos una lámina de vidrio y la secamos al aire.

2. Con el polímetro localizamos la cara conductora de la lámina.

3. Fijamos la lámina a una mesa limpia mediante dos cintas celo, una por arriba y otra por abajo, para que de camino nos dejen ambas orillas de la lámina protegidas.

4. Ponemos en el mortero 6 g de óxido de titanio (IV) y 10 ml de vinagre, mezclamos con el mortero hasta que nos quede una mezcla homogénea.

5. Ponemos la mezcla en la lámina con la ayuda del portaobjeto, para que nos quede una capa fina y homogénea. Dejamos que se seque.

6. Despegamos la lámina de la mesa, intentamos no tocar la capa de TiO₂ con los dedos. Debemos dar un tratamiento térmico a la lámina, debe estar a 500ºC durante 10 minutos. Nosotros la pusimos sobre la placa eléctrica del laboratorio. Pero lo ideal es un horno para cocer cerámica o una mufla. La capa de TiO₂ pasa de ser blanca a parda y de nuevo a blanca. Estos cambios de color, dan una pista sobre si lo estamos haciendo bien o no.

7. Dejamos enfriar completamente, mientras machacamos las espinacas, o las moras, o las uvas tintas.

8. Con un cuentagotas cogemos el tinte natural obtenido, en nuestro caso clorofila y empapamos toda la capa de TiO₂ con él.

9. En este momento vemos si el tratamiento térmico está bien hecho, si no lo está veremos como la capa de óxido se desprende y si no nos queda nada, tendremos que limpiar la lámina y volver a empezar. La paciencia es la madre de la Ciencia.

10. Dejamos que la lámina se  seque.

Preparación del electrodo positivo

11. Cogemos otra lámina de vidrio conductor, la lavamos, dejamos que se seque y localizamos con el polímetro su cara conductora.

12. Frotamos el lápiz de grafito por la cara conductora hasta conseguir una capa de grafito en toda la superficie.

Montaje de la célula

13. Enfrentamos ambas placas un poco desplazadas una sobre otra y las aseguramos con una pinza de cocodrilo.

14. Añadimos unas gotas de lugol de forma que resbalen entre las placas. Es el electrolito que cierra el circuito.

15. Conectamos el polímetro al extremo de una placa y al contrario de la otra.

16. Medimos el voltaje comparando los valores en el Sol y en la sombra.

¿Qué es un semiconductor?

¿Qué usos tienen los semiconductores en energía solar?

¿Podemos obtener energía del Sol usando clorofila y un semiconductor?

http://solucionessolares.blogspot.com.es/2012/06/celda-solar-casera-gratzel-proyecto-de.html

http://www.elmundo.es/elmundo/2010/06/10/navegante/1276153072.html

http://quimica.ugto.mx/revista/12/celda.htm

http://www.ftoglass.com/sp/ito/ito.htm

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