REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Titanov dioksid (TiO2) v obliki nanodelcev je v zadnjem času pritegnil veliko zanimanja tako raziskovalne, kot tudi industrijske sfere, saj izkazuje vrsto zanimivih kemijskih in fizikalnih lastnosti, med katere sodita predvsem visoka fotokatalitska aktivnost in možnost absorpcije UV dela spektra vpadne svetlobe. Temu primerno so že razvili mnoge visoko-tehnološke aplikacije, na primer UV zaščitne premaze, fotokatalitsko aktivne premaze, možno pa je celo pridobivanje električne energije z uporabo fotoelektrokemijskih sončnih celic. Tehnologiji fotoelektrokemijskih sončnih celic in fotokatalitskih premazov sta še posebej zanimivi za področje fotovoltaike, ki je ena izmed najhitreje rastočih globalnih tehnologij. Danes najbolj razširjena oblika fotovoltaike namreč temelji na uporabi Si polprevodnika v obliki modulov, katerih izkoristek je znatno odvisen od čistoče površine, preko katere se zajema vpadna sončna svetloba. Prah in druge nečistoče vpadno površino onesnažijo, kar sčasoma zmanjšuje izkoristek Si modula in posledično zviša ceno tehnologije zaradi dodatne potrebe po vzdrževanju ter zaradi daljšega roka povračila vloženih stroškov. Uporaba premazov, ki bi površino Si modula ohranili dalj časa čisto, bi lahko znatno znižala stroške njihovega vzdrževanja. Po drugi strani pa so fotoelektrokemijske sončne celice sorazmerno nova oblika fotovoltaike, ki temelji na uporabi relativno poceni materialov in tehnologije ter tako predstavlja resnega kandidata za implementacijo nizko-cenovne tehnologije pridobivanja električne energije. Osnova obeh tehnologij, fotokatalitskih premazov in fotoelektrokemijskih sončnih celic, je uporaba nanodelcev TiO2. Te smo razvili na podlagi uporabe surovin, ki izhajajo iz redne proizvodnje pigmenta TiO2 po t. i. Sulfatnem postopku, ki je tehnološki proces, kot ga uporablja Cinkarna Celje d.d. V ta namen smo uporabili metatitanovo kislino in jo z uporabo principov sol-gel in gel-sol kemijskih postopkov pretvorili v polikristalinični anatas v obliki nanodelcev.
Polikristalinični nanodelci anatasa so primerni za direktno uporabo v fotokatalitsko aktivnem premazu, ki smo ga nanesli na površino steklenih substratov ter merili njihovo fotokatalitsko aktivnost ter superhidrofilni efekt z metodo kontaktnega kota in kvantitativno metodo meritve razgradnje natrijeve soli tereftalatne kisline s spektrofluorimetrom. Takšen premaz smo preizkusili tudi v realnih razmerah, in sicer na komercialno dosegljivih Si modulih. Eden Si modul smo oslojili s fotokatalitsko aktivnim premazom in merili njegov izkoristek v primerjavi z referenčnim Si modulom, katerega površine nismo oslojili. Meritve so pokazale, da izkoristek oslojenega modula ne upade znatno, predvidevamo pa, da bo dolgoročno testiranje, ki se še izvaja, pokazalo, da se izkoristek ohrani v večji meri kot v primeru neoslojenega Si modula.
Po drugi strani zahteva tehnologija fotoelektrokemijskih sončnih celic posebno obliko TiO2, in sicer t. i. monokristalinično obliko nanodelcev. Te smo pridobili z uporabo hidrotermalne metode, kjer smo kot izhodni material uporabili suspenzijo z gel-sol postopkom pridobljenih polikristaliničnih nanodelcev anatasa. Monokristalinične nanodelce anatasa smo zatem uporabili za pripravo paste po Pechini metodi in iz paste s sintranjem na prevodnem steklenem substratu izdelali fotoanode. Tem smo zatem določili končen izkoristek. Izkazalo se je, da lahko s spreminjanjem sestave osnovne paste in oblike monokristaliničnih nanodelcev znatno vplivamo na končni izkoristek fotoelektrokemijske sončne celice, ki je v našem primeru znašala od 0,5 do 2,3 %.