Cella fotovoltaica all'ossido di rame (I) (funzionamento)
Ciao a tutti, oggi sono venuto per chiedervi una delucidazione su questa cella fotovoltaica:
http://www.youtube.com/watch?v=jL1KiWN26Q0
mi sembra che se ne sia già parlato da qualche parte, ma non riesco più a ritrovare la discussione, perciò ne ho aperta un'altra definendo che non si tratta della sua preparazione ma del suo funzionamento.
Allora, abbiamo un foglio di rame ricoperto di Cu2O e uno di rame "pulito", entrami immersi in una soluzione di elettrolita (nel caso del video NaHCO3). Qualcuno può spiegarmi quali sono le reazioni che avvengono? Partendo dal presupposto che non sappia cosa sia una cella fotovoltaica...

Grazie per la disponibilità *Hail*
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allora..vediamo se riesco a spiegarti come funziona l'effetto fotovoltaico (quello alla base del funzionamento della cella omonima). in pratica un elettrone di un materiale semiconduttore può appartenere a varie "bande (livelli energetici)" di energia, la banda di valenza: quando ha un livello energetico basso tale da farlo rimanere dei pressi del singolo atomo del semiconduttore, quando uno specifico semiconduttore (vedi silicio) viene colpito dai fotoni (pacchetti di energia), l'energia viene trasferita agli elettroni che passano alla banda di conduzione: l'elettrone a questo punto ha abbastanza energia per "staccarsi" dall'atomo, lasciando una lacuna. siccome questo accade per tutti gli atomi costituenti il semiconduttore, si creano moltissime lacune e siccome gli elettroni "liberi" tendono a rimpiazzare le lacune lasciate dagli elettroni che si sono "staccati" prima, generano un flusso di elettroni noto come corrente elettrica. spero di esserti stato chiaro e di aiuto :-)
ps: esiste anche una cosidetta banda proibita che si trova tra quella di conduzione e quella di valenza, ossia un'insieme di livelli energetici non consentiti, infatti un'elettrone deve appartenere a una o all'altra banda e per farlo deve avere determinati livelli di energia che dipendono da materiale a materiale.
ad esempio, negli isolanti la banda proibita è molto alta, infatti essendo chiamati isolanti non lasciano passare facilmente un flusso di elettroni, nei conduttori invece le due bande si intersecano e infatti nei semiconduttori non esiste una banda proibita e lasciano passare gli elettroni molto facilmente. infine nei semiconduttori la banda proibita è molto piccola e basta una determinata quantità di energia per far superare agli elettroni la banda proibita e portarli da quella di valenza a quella di conduzione :-)
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myttex
A parte che non vedo l'immagine e mi baso solo sulla descrizione, sei sicuro che sia una "cella fotovoltaica"? :-S
La coppia rame+rame ossido ha sempre formato un "raddrizzatore", ovvero un diodo che lascia passare la corrente solo in un senso.
(Avevo anche in mente di provarlo e prima o poi lo farò).
Una volta (prima del silicio ed anche prima del selenio...) i diodi ad ossidulo di rame Cu2O erano abbastanza usati.
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myttex
Così è meglio, almeno il link funziona sempre... grazie per le spiegazioni, vediamo se ho appreso in modo corretto:
i fotoni colpiscono ilmateriale semiconduttore (Cu2O) che caricano gli elettroni del materiale fino ad allontanarli, poi i posti vuoti lasciati da questi elettroni vengono occupati da altri elettroni che provengono da un collegamento tra la piastra di Cu2O e Cu. Mentre gli elettroni carichi di energia seguono un'altro percorso, ossia passano dalla soluzione per andare a sostituire i precedenti elettroni che a loro volta hanno sostituito quelli carichi...
[Immagine: cu2o.png]

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myttex
Il funzionamento bene o male è già stato spiegato, il fenomeno è dato dalla proprietà di semiconduzione del Cu2O.
La struttura elettronica di quest'ossido è tale che esiste un gap energetico (nel caso pari a circa 2eV tra la banda di valenza e quella di conduzione.
Tale separazione energetica viene comunemente superata da una percentuale minima di elettroni per effetto termico.
Tuttavia, il non utilizzo della separazione di carica generata, fa si che gli elettroni successivamente tendano a ricombinarsi con le lacune formatesi inizialmente per effetto del loro passaggio in banda di conduzione. Qualora l'ossido venga investito da una luce di lunghezza d'onda corrispondente ad un'energia di almeno 2 eV, il gap energetico potrà essere superato da una percentuale più elevata di elettroni. Non tutti i fotoni in arrivo produrranno l'effetto, ma solo quelli di energia E = h*v = 2 eV, dove h è la costante di Planck e v è la frequenza in Hertz (sarebbe una "ni" lettera greca, non una v).
Gli elettroni che giungono alla banda di conduzione, se opportunamente convogliati da un campo elettrico, fornito dalla cella elettrolitica nella quale è presente l'altro elettrodo, generano una corrente notevolmente superiore a quella di fondo, rendendo trascurabile il fenomeno della ricombinazione elettrone-lacuna, elettroni e lacune separate dall'agitazione termica che è sempre presente in quanto la materia non è allo 0 Kelvin.
L’intensità di corrente passa da circa 5 a 30/50 microampère alla luce del sole, mentre orientando opportunamente la cella in direzione dei raggi solari (o di una comune lampada) si può trovare una differenza anche maggiore tra la corrente nell’ombra e quella nella luce. Tutto dipende chiaramente dalla superficie dell'ossido e la proporzione è diretta.

La soluzione elettrolitica può essere composta da acqua con disciolto un cucchiaino di NaCl o NaHCO3.

L'effetto raddrizzante di cui parla Al si ottiene poggiando direttamente a contatto la lastra di rame ossidata (dalla parte dell'ossido) su un'altra lastra identica di rame non ossidato, senza bisogno di elettrolita e quindi senza bisogno di luce (il fenomeno non è fotoelettrico).
Per la scoperta del fenomeno fotoelettrico dobbiamo ringraziare il Sig. Einstein *Hail*
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myttex
Un piccolo corollario... Il Cu2O NON è da confondere con il CuO che è, oltre che semiconduttore, anche superconduttore, alle temperature opportune ;-)
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ovviamente la resa della cella (50µA) è pressoche inutilizzabile per alimentare qualunque tipo di carico. (pensate che un semplice led assorbe circa 10mA) :-)
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quindi con 2 celle di queste alimenti un led...
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ebè, un led è gia qualcosa. Con la mia di Gratzel non ce la faccio asd *Fischietta*

Discussione molto interessante, ringrazio anche io delle risposte ;-)



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(2010-05-18, 20:14)Chimico Ha scritto: quindi con 2 celle di queste alimenti un led...

50 microA + 50 microA = 100 microA = 0,1 milliA
Un LED assorbe 10 milliA, ergo ci vogliono 200 di queste celle!

2 in matematica!
*** Cercar di far bene e non di far molto. (A. L. Lavoisier) ***
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