Experimental research on hand-painted dye solar cells
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2022-07-27
Department
Major/Subject
teknillinen fysiikka
Mcode
SCI3028
Degree programme
Teknistieteellinen kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
36
Series
Abstract
This research delves into the fabrication process of natural dye solar cells, especially dye preparation and application. Novel methods for dye application by hand-painting, preparing dye solutions from plants and sealing the cells were explored. The painting technique was improved by adjusting the content of ethanol and using a more concentrated dye solution. This was achieved by longer heating time, more plant mass and evaporation. The use of hand-painting as a method for studying multiple dyes inside one cell was demonstrated. Sun dyeing was also found to work as a method of dye extraction. In this method the plant matter was soaked for a week in a jar that was kept on a sunny windowsill. The plants used in this study were the common reed and aronia plant. Two kinds of dyes were extracted from the common reed – bright yellow dye from the leaves and dark red from the flowers. The red dye was observed to turn green when adsorbed. Leaf-based dyes did not stay in place when painted onto the cell – the painted pattern started to dissappear as the dye spread out into the electrolyte and dyed the surrounding areas. This spreading effect was studied with different dyes using photographic imaging. Traditional methods from natural textile dyeing were applied. Alum, a mordant used in textile dyeing was added to the dye solutions. The solution then flocculated due to alum, making it clearer. This improved cell performance especially in antho-cyanin dye cells – in best cases, efficiency tripled. The effect wasn’t notable in cells with flavonoid dyes. Sealing of the cells was improved by adjusting the temperature and pressure of the hot press, and by removing moisture from the frame foils used for sealing by storing them in a moisture-controlled container. This achieved better sealing and less bubbles in the frame foil, leading to fewer leakages.Tutkimuksessa perehdyttiin väriaineaurinkokennojen rakentamisen eri vaiheisiin, etenkin väriaineen valmistamiseen ja kennon värjäämiseen. Työssä jatkokehitettiin tekniikkaa, jossa väriaine lisätään kennoihin käsin maalaamalla, tutkittiin erilaisia tapoja valmistaa sopivaa väriaineliuosta kasveista sekä parannettiin kennon tiivistämistä. Maalaminen onnistui paremmin tummalla väriaineliuoksella. Tummempi liuos saatiin aikaiseksi käyttämällä valmistuksessa enemmän kasveja, hauduttamalla niitä pidempään sekä haihduttamalla. Myös etanolin lisääminen teki liuoksesta paremmin maalaamiseen sopivan. Tutkimuksessa todettiin, että on mahdollista tutkia useaa eri väriainetta samassa kennossa maalaamalla niitä vierekkäin. Myös aurinkovärjäys havaittiin toimivaksi tavaksi valmistaa väriaineliuosta. Siinä kasveja liotettiin viikon ajan suljetussa purkissa, jota pidettiin ikkunalaudalla auringossa. Työssä käytettiin kahta eri kasvia väriaineiden lähteenä: järviruokoa ja aroniaa. Järviruo’on ja aronian lehdistä saatiin keltaista ja aroniamarjoista violettia väriainetta. Ruo’on röyhyistä saatiin viininpunaista, joka kuitenkin muuttui vihreäksi maalatessa. Väriaineet eivät pysyneet kennossa paikoillaan – maalattu kuvio katosi, kun väri levisi elektrolyyttiin ja värjäsi myös kuviota ympäröivät alueet. Tätä leviämisilmiötä tutkittiin valokuvaamalla. Oppeja lainattiin myös tekstiilivärjäämisen perinteistä. Aluna, jota käytetään puretusaineena kiinnittämään väriaine tekstiiliin, osoittautui hyödylliseksi myös väriaineaurinkokennoissa. Aluna sakkauttaa epäpuhtauksia pois väriaineliuoksesta, ja siten puhdistaa sitä. Parhaissa tapauksissa kennojen hyötysuhde kolminkertaistui, kun väriaineliuokseen lisättiin alunaa. Kaikkiin kennoihin se ei kuitenkaan tehonnut – aluna toimi parhaiten antosyaani-väriaineiden kanssa, mutta flavonoidien kanssa ero ei ollut merkittävä. Kennojen tiivistämistä parannettiin hienosäätämällä kuumapuristimen painetta ja lämpötilaa. Merkittävin parannus saavutettiin kuivaamalla tiivistemuovi säilyttämällä sitä kosteudelta suojatussa rasiassa. Kuiva tiivistemuovi kupli vähemmän kuumapuristimessa, ja kennot eivät päässeet vuotamaan kuplia pitkin.Description
Supervisor
Halme, JanneThesis advisor
Halme, JanneKeywords
DSSC, natural dyes, solar cells, aurinkokennot, luonnonväriaineet, väriaineaurinkokennot
