UTICAJ STRUKTURE AZO BOJA NA FOTONAPONSKE KARAKTERISTIKE … Luka Matovic Uticaj.pdf · FOTONAPONSKE KARAKTERISTIKE SOLARNIH ... Azo boje • Fotoaktivna ... 12 0 . 0 0 0 . 0 5 0

32. Me unarodni kongres o procesnoj industriji, Beograd, 30-31. maj 2019đ32nd International Congress on Process Industry, Belgrade, May 30-31, 2019

1

UTICAJ STRUKTURE AZO BOJA NA

FOTONAPONSKE KARAKTERISTIKE SOLARNIH

ELIJA AKTIVIRANIH BOJOMĆ

Luka MATOVIĆJulijana TADIĆAleksandra MAŠULOVIĆNemanja TRIŠOVIĆJelena LA AREVIĐ ĆDušan MIJIN


2

DSSC (Dye Sensitized Solar Cells) – Solarne elijećaktivirane bojom

q Stakleni substrat (FTO / ITO)q TiO2 (fotoanoda)q Fotosenzitivizator (molekul boje)q Elektrolitq Pt (fotokatoda – kontraelektroda)

Fotosenzitivizator

Ø termo- i fotostabilnostØ mogu nost apsorpcije u što široj oblasti apsorpcionog spektra (UV i bliska IR)ćØ optimalna adsorpcija na površinu TiO2 (–COOH, –SO3H, –PO3H2 itd.)


3

Azo boje

• Fotoaktivna jedinjenja (odli na opti ka svojstva)č č• Hemijska stabilnost• Mogu nost adicije razli itih hemijskih grupa na glavnu hromoforu (–N=N–)ć č• Velike vrednosti molarnih apsorpcionih koeficijenata ( )ε• Jeftinije za proizvodnju i manje štetne po okolinu prilikom odlaganja od boja na bazi

kompleksa metala i solarnih elija na bazi silicijuma (Si)ć


4

NN

COOHOH

1a

NN

COOH

HO

1b

NN

COOH

NH3C

CH3

1c

Sintetizovane azo boje za DSSC

• Azo boje na bazi benzoeve kiseline:

Shema 1. Strukturne formule sintetizovanih azo boja na bazi benzoeve kiseline: 1a - ((2-hidroksinaftalen-1-il)azo)-benzoeva kiselina; 1b - (4-(4'-hidroksifenil)azo)benzoeva kiselina i 1c - (4-(4'-N,N-dimetilaminofenil)azo)-

benzoeva kiselina

D – N = N – A (opšta struktura sintetizovanih azo boja)


5

NN

OH

2a

COOH

NN

HO

2b

COOH

NN

NH3C

CH3

2c

COOH

• Azo boje na bazi cimetne kiseline:

Shema 2. Strukturne formule sintetizovanih azo boja na bazi benzoeve kiseline: 2a - ((2-hidroksinaftalen-1-il)azo)cimetna kiselina; 2b - (4-(4'-hidroksifenil)azo)cimetna kiselinai 2c - (4-(4'-N,N-

dimetilaminofenil)azo)cimetna kiselina


6

Tautomerizam i solvatohromizam azo boja

Shema 3. Prikaz tautomernih oblika molekula 2a i 2b (sli na shema se može prikazati za jedinjenja č 1a i 1b)

2a

2b

azo hidrazon

azo hidrazon


7

Slika 1. Apsrpcione krive šest sintetizovanih azo boja u tri rastvara a: a) etanolu, b) DMSO-u i c) acetonitriluč

a) b) c)

q Etanolq Dimetilsulfoksid (DMSO)q Acetonitril

Uticaj rastvara ač :


8

NN

COOHOH

Produžena konjugacija

NN

OHCOOH

1a

2a

1a 2a

Slika 2. Opšti prikaz apsorpcionog dijagrama


9

Ja ina elektron-donorske jedinice (grupe)č

1a / 2a 1c / 2c 1b / 2b

D :


10

1a / 2a 1b / 2b

Intramolekulska stabilnost


11

Slika 3. Opšti dijagram zavisnosti JSC - VOC

OCSC

mp mp

V JV J

××

=ff

in

OC SC

in

max

PVJ

PP ff××==η

Pin = 100 mW/cm2

Odre ivanje fotonaponskih karakteristikađ

ØOsram Vitalux (halogen lamp, 120V/300 W)Ø AM 1.5 (100 mW/cm2)Ø A = 0,25 cm2

Jmp – generisana gustina struje za maksimalnu snagu DSSCVmp – napon za maksimalnu snagu DSSC

q Faktor punjenja (fill factor)

q Efikasnost konverzije upadnesvetlosti u struju


12

0 . 0 0 0 . 0 5 0 . 1 0 0 . 1 5 0 . 2 0 0 . 2 5 0 . 3 0 0 . 3 5 0 . 4 00 . 0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1 . 0

Jsc,

[mA

/cm

2 ]

V o c , [ V ]

2 a 2 b 2 c 5 a 5 b 5 c

JSC – gustina struje kratkog spoja

VOC – napon otvorenog kola

Slika 4. Dijagram zavisnosti eksperimentalno dobijenih vrednosti JSC – VOC šest ispitivanih azo boja


13

Jedinjenje ff [%]

1a 0,28 0,016

1b 0,22 3,1 10-5

1c 0,22 0,0018

2a 0,40 0,14

2b 0,37 0,062

2c 0,28 0,0043

Tabela 1. Izra unate vrednosti ff i č šest sintetizovanih azo boja


14

ZAKLJU AKČ

q Sintetizovano je šest monoazo jedinjenja na bazi benzoeve (1a-c) i cimetne kiseline (2a-c);q Produženjem konjugacionog niza, pri zameni benzoeve, cimetnom kiselinom u molekulu, dolazi do pomeranja apsorpcionih maksimuma molekula ka ve im talasnim dužinama u UV spektru ć (batohromni pomeraj);q Sli an efekat ima i uvo enje razli itih elektron-donorskih funkcionalnih grupa, pri emu se č đ č č 2-hidroksinaftalenska jedinica pokazala boljom elektron-donorskom grupom od N,N-dimetilamino- i hidroksilne grupe;q Hidrazon tautomer jedinjenja 1a i 2a dominira u odnosu na azo tautomer u sva tri rastvora; zahvaljuju i tome,ć u ovim jedinjenjima se javlja dodatna intramolekulska stabilnost koja uti e na to da ova jedinjenja imaju bolječ fotonaponske i apsorpcione karakteristike u odnosu na ostala jedinjenja iz obe sintetizovane serije; q Produženje konjugacionog niza, u kombinaciji sa intramolekulskom stabilnoš u i elektron-donorskimć efektom odre ene funkcionalne grupe, rezultira generisanju ve ih koli ina struje jedinjenja đ ć č 2a-c, samim tim i boljem odzivu solarnih elija senzitiviziranim ovim azo bojama nakon osvetljavanja, tj. boljim vrednostimać efikasnosti konverzije upadne svetlosti u struju (η), u odnosu na jedinjenja 1a-c

Documents

UTICAJ STRUKTURE AZO BOJA NA FOTONAPONSKE KARAKTERISTIKE … Luka Matovic Uticaj.pdf · FOTONAPONSKE KARAKTERISTIKE SOLARNIH ... Azo boje • Fotoaktivna ... 12 0 . 0 0 0 . 0 5 0