211service.com
Billige nano solceller
Forskere ved University of Notre Dame i Indiana har demonstreret en måde at forbedre effektiviteten af solceller, der er fremstillet ved hjælp af billige, let tilgængelige materialer, herunder et kemikalie, der almindeligvis anvendes i maling.
Flugtvej: Elektroner skabt i en nanopartikelbaseret solcelle skal følge en kredsløbsvej (rød linje) for at nå en elektrode. Mange klarer det ikke, hvilket sænker effektiviteten af disse celler. Forskere ved Notre Dame har brugt kulstof nanorør til at hjælpe elektronerne med at nå elektroden, hvilket forbedrer effektiviteten.
Forskerne tilføjede enkeltvæggede kulstof-nanorør til en film lavet af titaniumdioxid-nanopartikler, hvilket fordoblede effektiviteten af at konvertere ultraviolet lys til elektroner sammenlignet med nanopartiklernes ydeevne alene. Solcellerne kunne bruges til at lave brint til brændselsceller direkte fra vand eller til at producere elektricitet. Titaniumoxid er en hovedingrediens i hvid maling.
Tilgangen, udviklet af Notre Dame professor i kemi og biokemi Prashant Kamat og hans kolleger, adresserer en af de væsentligste begrænsninger af solceller baseret på nanopartikler. (Se Silicium og Sol.) Sådanne celler er tiltalende, fordi nanopartikler har et stort potentiale for at absorbere lys og generere elektroner. Men indtil videre har effektiviteten af faktiske enheder lavet af sådanne nanopartikler været betydeligt lavere end konventionelle siliciumsolceller. Det skyldes i høj grad, at det har vist sig svært at udnytte de elektroner, der genereres til at skabe en strøm.
Uden kulstofnanorørene skal elektroner, der genereres, når lys absorberes af titaniumoxidpartikler, springe fra partikel til partikel for at nå en elektrode. Mange kommer aldrig ud for at generere en elektrisk strøm. Kulstofnanorørene samler elektronerne og giver en mere direkte vej til elektroden, hvilket forbedrer solcellernes effektivitet.
Som de skrev online i journalen Nano bogstaver , danner Notre Dame-forskerne en måtte af kulstofnanorør på en elektrode. Nanorørene tjener som et stillads, hvorpå titaniumoxidpartiklerne aflejres. Dette er en meget enkel tilgang til at bringe orden i en uordnet struktur, siger Kamat.
Det nye kulstof-nanorør og nanopartikelsystem er endnu ikke en praktisk solcelle. Det skyldes, at titaniumoxid kun absorberer ultraviolet lys; det meste af det synlige lysspektrum reflekteres snarere end absorberes. Men forskere har allerede demonstreret måder at modificere nanopartiklerne for at absorbere det synlige spektrum. I en strategi påføres titandioxid-nanopartiklerne et et-molekyle-tykt lag af lysabsorberende farvestof. En anden tilgang, som er blevet demonstreret eksperimentelt af Kamat, er at belægge nanopartiklerne med kvanteprikker - små halvlederkrystaller. I modsætning til konventionelle materialer, hvor en foton kun genererer en elektron, har kvanteprikker potentialet til at omdanne højenergifotoner til flere elektroner.
Flere andre grupper udforsker metoder til at forbedre indsamlingen af elektroner i en celle, herunder dannelse af titaniumoxid-nanorør eller komplekse forgreningsstrukturer lavet af forskellige halvledere. Men eksperter siger, at Kamats arbejde kan være et væsentligt skridt i at skabe billigere, mere effektive solceller. Dette er meget vigtigt arbejde, siger Gerald Meyer, professor i kemi ved Johns Hopkins University. At bruge kulstofnanorør som en kanal for elektroner fra titaniumoxid er en ny idé, og dette er et smukt proof-of-princip-eksperiment.