211service.com
Nanopillar solceller
Forskere ved University of California, Berkeley, har lavet en ny slags solcelle ved at dyrke en række opretstående nanoskala søjler på aluminiumsfolie. De laver bøjelige solceller ved at indkapsle hele cellen inde i en gennemsigtig, gummiagtig polymer. Designet, foreslår forskerne, kan føre til solceller, der koster mindre end konventionel silicium fotovoltaik.
Billig solcelle : En ny solcelle er sammensat af en række oprejste cadmiumsulfid nanopillarer (bund) indlejret i en matrix af cadmiumtellurid. Hele cellen, fremstillet på tynd aluminiumsfolie, bliver bøjelig, når den er indkapslet i polymer.
Nanopillerne giver forskerne mulighed for at bruge billigere materialer af lavere kvalitet end dem, der bruges i konventionelle silicium- og tyndfilmsteknologier. Desuden kunne teknikken, der blev brugt til at fremstille cellerne, tilpasses til at lave ruller af fleksible paneler på tynd aluminiumsfolie, hvilket reducerer produktionsomkostningerne, siger Ali Javey , en professor i elektroteknik og datalogi, der ledede arbejdet. Arbejdet er på et tidligt tidspunkt, og du kender ikke omkostningerne, før du gør dette ved hjælp af en roll-to-roll-proces, siger han. Men hvis du kan gøre det, kan omkostningerne være 10 gange mindre end hvad der bruges til at lave [krystallinske] siliciumpaneler.
Solcellerne er lavet af ensartede 500 nanometer høje søjler af cadmiumsulfid indlejret i en tynd film af cadmiumtellurid. Begge materialer er halvledere, der bruges i tyndfilmssolceller. I en online Naturmaterialer papir, viste Javey og hans kolleger, at cellerne har en effektivitet på omkring 6 procent til at omdanne sollys til elektricitet. Andre har lavet celler med søjledesign, siger han, men de brugte dyre metoder til at dyrke søjlerne og kunne ikke få effektivitet over 2 procent.
I konventionelle celler absorberer silicium lys og skaber frie elektroner, som skal komme til det elektriske kredsløb, før de bliver fanget ved fejl eller urenheder i materialet. Dette kræver ekstremt rent, dyrt krystallinsk silicium for at opnå de mest effektive fotovoltaiske enheder.
Nanopillar-designet opdeler siliciums pligter: Materialet omkring søjlerne absorberer lys, og søjlerne transporterer dem til det elektriske kredsløb. Dette øger effektiviteten på to måder. De tætpakkede søjler fanger lys mellem dem og hjælper det omgivende materiale med at absorbere mere. Elektronerne har også en meget kort afstand til at rejse gennem søjlerne, så der er færre chancer for, at de bliver fanget ved defekter. Det betyder, at du kan bruge billigere materialer af lav kvalitet, siger Javey.
Andre laver solceller med forskellige nanostrukturer. Harvard University kemiprofessor Charles Lieber har lavet nanotråde bestående af en siliciumkerne og forskellige koncentriske siliciumlag. Peidong Yang , en kemiprofessor ved UC Berkeley, har lavet farvefølsomme solceller med zinkoxid nanotråde. Disse nanotrådsolceller har nået en effektivitet på 4 procent.
Javey og hans kolleger laver nanopillarcellen ved først at anodisere aluminiumsfolie. Dette skaber et periodisk arrangement af 200 nanometer brede porer, som fungerer som skabeloner for, at cadmiumsulfidkrystaller kan vokse oprejst. Derefter kommer en belægning af cadmiumtellurid og den øverste elektrode, en kobber- og guldfilm. De fastgør cellen til en glasplade eller gør den fleksibel ved at hælde polymeropløsning ovenpå og sætte den.
Dette er spændende fremskridt med at integrere konstruerede nanomaterialer med en mangfoldighed af bløde substrater til fremstilling af fleksible og foldbare højeffektive solceller, siger Zhong Lin Wang , professor i materialevidenskab og ingeniør ved Georgia Tech. Men cellen bliver nødt til at konkurrere med fleksible tyndfilmssolceller lavet af silicium, cadmiumtellurid og andre materialer, siger Arthur Nozik , en fysisk kemiker, der studerer nanosolceller ved National Renewable Energy Laboratory, i Golden, CO. I modsætning til den nye celles fleksibilitet, siger han, tror jeg, at salgsargumentet kan være lave omkostninger.
For nu er forskerne ved at udforske materialer, der kan forbedre celleeffektiviteten. Det øverste kobber-guldlag er for eksempel kun 50 procent gennemsigtigt. Hvis alt lyset, der faldt på den, gik igennem, kunne cellens effektivitet allerede være dobbelt, siger Javey. Forskerne planlægger at lave celler med gennemsigtige ledende materialer såsom indiumoxid. Der er betydelig plads til forbedring, mindst to gange, ved blot at forbedre eller udskifte vores topkontaktmateriale, siger han.
Forskerne agter også at prøve andre halvledermaterialer til søjlerne og det omgivende materiale. Javey siger, at fremstillingsprocessen er kompatibel med en bred vifte af halvledere, og andre kombinationer kan øge effektiviteten.
At prøve andre halvledermaterialer kan også være vigtigt i betragtning af cadmiums toksicitetsproblemer, påpeger Berkeleys Yang. Ikke desto mindre, siger han, er arkitektur vigtigst – materialer, vi kan fortsætte med at arbejde på. Det smukke ved dette papir er demonstrationen af, hvor godt arkitekturen fungerer.