Paramètres de performances de photo-électrodes de Ti02/Kaolinite et d'électrolytes à base de carbonates biosourcés dans la cellule solaire sensibilisée par la bixine

Le développement d'un colorant naturel sensibilisateur pour les applications de cellules solaires a attiré beaucoup d'attention en raison de ses avantages inhérents, tels que son faible coût, la préparation simple, les ressources facilement disponibles et le respect de l'environnement. Toutefois, les principaux problèmes liés à la cellule solaire sensibilisée par colorant (CSSC) sont une faible photostabilité et une faible efficacité. Dans cette thèse, la bixine extrait de graines de rocou (Bixa orellana L.) a été utilisée comme sensibilisateur. Pour améliorer sa stabilité et la performance des CSSC, l’utilisation de la kaolinite activée a également été étudiée. Une CSSC à haute efficacité nécessite une photo-électrode avec une grande surface spécifique pour adsorber efficacement le colorant. Ainsi le couple TiO2/kaolinite a été préparé dans ce but. Il est considéré que la kaolinite peut confiner la lumière incidente à l'intérieur de l'électrode et peut aussi améliorer la conduction d'électrons. Dans ce système, la kaolinite a également un rôle important pour accroître la photostabilité de la bixine. Un autre facteur affectant les performances des CSSC est le rôle important de l’électrolyte. Dans ces travaux, les carbonates organiques cycliques qui ont une constante diélectrique élevée et aussi un point d’ébullition élevé (plus de 300oC) ont été évalués comme solvants de l’électrolyte. Ces travaux ont été réalisés en quatre étapes: (1) extraction, purification et caractérisation de la bixine, (2) préparation, activation et caractérisation de la kaolinite, (3) étude d’adsorption de la bixine sur la surface de la kaolinite et du TiO2, et (4) fabrication des cellules solaires sensibilisées par la bixine (CSSB). Les résultats montrent que l’extraction accélérée par solvant en utilisant un mélange de 60% de cyclohexane et 40% d’acétone peut être une méthode d’extraction efficace pour la bixine. Après purification par la chromatographie flash, la bixine est isolée avec un dégré de pureté de 99,86%. Elle est composée de 88,11% de cis-bixine et 11,75% de dicis- bixine. L’activation par l’ammoniaque de la kaolinite calcinée (la métakaolinite) est une bonne méthode pour produire la kaolinite avec une très grande surface spécifique et un rapport Si/Al élevé. L’étude d’absorption de la bixine a montré que le carbonate de diméthyle est un solvant approprié pour la bixine. Il permet à la bixine un coefficient d’absorption élevé et de bonnes caractéristiques d’adsorption sur la surface de la photo-électrode. L’adsorption de monocouche de la bixine sur la surface de TiO2 ou la surface de la kaolinite est plus favorable pour obtenir un rendement énergétique plus élevée. La présence de la métakaolinite activée dans la photo-électrode TiO2 a contribué à améliorer les performances et la stabilité de la CSSB par rapport à la CSSB fabriquée avec la photoélectrode de TiO2 pur. Ces performances sont reproductibles. L’électrolyte exerce un effet synergétique avec la métakaolinite activée en faveur de l’amélioration des paramètres électriques de la CSSB. Sous une intensité lumineuse de 200 W/m2, la CSSB comprenant une photo-électrode de TiO2 modifié par 5% de métakaolinite activée et un système électrolyte de KiI/I2 dans l’acétate de carbonate de glycérol produit un rendement énergétique de (0,050+0,006)%, ce qui est plus élevé que celui de la CSSB comprenant une photo-électrode de TiO2 pur (0,027+0,012)%. L’utilisation d’un couple redox de LiI/I2 dans l’acétate de carbonate de glycérol produit le rendement maximum (0,086+0,014)%. La fonction de stockage et de chargement d’énergie des CSSB fonctionnent bien jusqu’au troisième jour de l’analyse. A ce jour, la CSSB fabriquée en utilisant la photoélectrode de TiO2 modifiée par la métakaolinite activée est 16 fois plus stable que celle de la CSSB fabriquée en utilisant la photo-électrode de TiO2 pur

The Effect of Cell Surface Area on the Effectivity and Reusability of Bixin Sensitized Solar Cells

Dye-Sensitized Solar Cells or DSSC is the latest solar cell type generation that uses natural dyes as sensitizers. Bixin extracted from the seeds of kesumba (Bixa orellana L) is one of the natural dyes that can be used as a sensitizer. This study aims to determine the effect of the active surface area of solar cells on the effectivity and reusability of bixin-sensitized solar cells based on their open-circuit voltage (Voc), short-circuit current (Isc), and maximum energy conversion efficiency. The results of this study will provide an overview of the best surface area to produce DSSC with the highest maximum energy conversion efficiency and the lifetime of bixin sensitized solar cells. The measurement results showed that the resulting Voc for each variation of the surface area 1, 2, and 3 cm2 was 344; 719; 1002 mV under intensity 100 mW cm-2, while the Isc produced under the same intensity was 0.223; 0.471; 0.680 mA. Based on the calculation results, the maximum power generated by each surface area was 0,077; 0,338; 0,681 W.  This means that the larger the active surface area of the solar cell, the greater the voltage and current generated. In this work, the highest efficiency was produced by solar cells with a surface area of 2 cm2, which is 0.085%. The solar cells fabricated in this study can be reused for five days under continuous irradiation

Effects of Cyclohexane/Acetone Ratio on Bixin Extraction Yield by Accelerated Solvent Extraction Method

In this study, accelerated solvent extraction (ASE) was applied to the quantitative extraction of bixin. The effects of cyclohexane/acetone ratios on bixin extraction yield were evaluated. Acetone was used in the process of pigment extraction and also played a major role in its analysis by UV-Vis spectrophotometry. Pure cis-bixin isolated by flash chromatography and characterized by Fourier Transform Infra Red spectrometry was used as a bixin standard for qualitative and quantitative analysis of annatto extracts which were obtained by accelerated solvents extraction. UV-Vis spectrophotometry analysis shows that the extraction using 100% cyclohexane gives the lowest bixin yield. This is different from the UV-Vis spectra generated with acetone extraction. The difference in percentage of acetone shows significant effects on bixin extraction yields. The use of cyclohexane:acetone (60%: 40%) solution at 50°C for 5min heating time results the highest total bixin extraction yield (48.00%) as compared to the other solvent ratios, and to the usual extraction methods using the same solvent (29.14%). High pressure liquid chromatography analysis shows that bixin extracted by this method has purity degree of 68.16%

EFEK PELARUT TERHADAP SPEKTRA ABSORPSI UV-VIS KURKUMINOID

Kurkuminoid termasuk salah satu pigmen yang terkandung di dalam rimpang kunyit (Curcuma longa) yang dapat menyerap cahaya pada daerah Ultra Violet-Visible (UV-Vis). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis efek pelarut terhadap spektra absorpsi UV-Vis kurkuminoid menggunakan sembilan jenis pelarut yaitu dimetil sulfoksida, asetonitril, metanol, etanol, aseton, diklorometana, etil asetat, kloroform, dan n-heksana. Penelitian ini diawali dengan ekstraksi dan isolasi kurkuminoid dari kunyit, kemudian dikarakterisasi menggunakan instrumen Liquid Chromatography Mass Spectrometer (LCMS) dan spektrofotometer UV-Vis. Selanjutnya dilakukan scanning λmaks pigmen kurkuminoid yang dilarutkan dalam pelarut berbeda kemudian dilakukan pengukuran absorbansi pigmen kurkuminoid dengan variasi konsentrasi kurkuminoid. Rendemen kurkuminoid yang dihasilkan dari ekstraksi sampel kering kunyit adalah 1,25% (b/b) dengan komponen kurkumin sebagai komponen mayor dari isolat. Hasil analisis menggunakan hukum Lambert-Beer menunjukkan bahwa dalam pelarut asetonitril kurkuminoid memiliki koefisien absorpsi tertinggi yaitu 132,4 Lg-1cm-1. Pelarut n-heksana memiliki panjang gelombang maksimum (λmaks) terkecil (405 nm) sehingga terjadi pergeseran hipsokromik pada spektra absorbsi UV-Vis kurkuminoid. Sedangkan pelarut dimetil sulfoksida memiliki λmaks terbesar (433 nm) sehingga terjadi pergeseran batokromik. Berdasarkan penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa pengaruh penggunaan pelarut dapat diamati berdasarkan spektra absorpsi UV-Vis kurkuminoid. Kata Kunci : koefisien absorpsi, kurkuminoid, spektra UV-Vi

Production of Ceramic Membrane Based on Acid- and Alkali-Activated Metakaolinite as Cooling Material for Monocrystalline Silicon Solar Cell

Ceramic membrane based on acid- and alkali-activated metakaolinite has been produced. It was tested as a cooling material for monocrystalline silicon solar cells. Membrane was made by several stages, such as calcination of natural kaolinite at 600 oC for 6 hours to obtain metakaolinite, activation of metakaolinite by concentrated HCl and KOH, and preparation of ceramic membrane. Kaolinite, metakaolinite, and activated metakaolinite were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), Fourier Transform Infra-red (FTIR), and gas sorption analyzer (GSA). Diffractogram of XRD showed that there was a structural change between activated metakaolinite and natural kaolinite. XRF analysis indicated that the Si/Al of HCl activated metakaolinite was three times higher than natural kaolinite. Activated metakaolinite was made into membrane by adding a binder, then heated at 800 °C for 6 hours. PV cells with and without cooling material were then analyzed their electrical performances. It was found that the maximum energy conversion yield of PV cells without using cooling material was 2.30%, while the maximum energy conversion yield of PV cells with cooling material of meta-kaolinite activated by HCl and KOH were respectively 2.72% and 2.94%

Synthesis of Mg-doped TiO2 Using a Hydrothermal Method as Photoanode on Bixin-Sensitized Solar Cell

Titanium dioxide (TiO2) with magnesium (Mg) doping for dye-sensitized solar cell (DSSC) photoanode application has been synthesized. DSSC components used in this study were photosensitizer (bixin), electrolyte (), cathode (platinum), and photoanode (Mg-TiO2). This research aims to determine the characteristics of Mg-doped TiO2 photoanode with variations in dopant concentration based on the results of XRD and DR/UV-Vis analysis, as well as to determine the maximum efficiency conversion energy of DSSC using Mg-doped TiO2 and undoped TiO2 as photoanodes. The synthesis of TiO2 and Mg-TiO2 was carried out using the hydrothermal method with variations in the concentration of Mg dopant of 0, 0.5, 1, and 2% based on the molar ratio. The presenceof 2% of Mg in anatase TiO2 paste decreased the TiO2 band gap from 3.15 to 2.60 eV. Analysis results show that adding Mg dopant decreased the crystal size. Mg dopants on TiO2 could also form new energy levels, which reduced the band gap energy of TiO2. In addition, the increased concentration of Mg dopants also shifted the absorption capacity of TiO2 from the ultra-violet (UV) wavelengths region to the visible light area. The maximum energy conversion efficiency of the DSSCs with Mg-doped TiO2 photoanode of 0.5, 1, and 2% are 0.045; 0.070, and 0.172%, respectively, where these three efficiency values are higher than undoped TiO2 (0.017%). The results proved that the presence of Mg dopants on the TiO2 photoanode can increase the efficiency of DSSC