211service.com
Solceller udelukkende i kulstof vil betyde billige og fleksible solpaneler
Ved at bruge en pose med nye nanomaterialer har forskere ved Stanford University bygget de første solceller, der udelukkende består af kulstof. Deres kulstof-solceller producerer ikke meget elektricitet, men efterhånden som teknologien er perfektioneret, kan kulstofceller være billige, printbare, fleksible og hårde nok til at modstå ekstreme miljøer og vejr.
Kulstofcelle: Solcellen udelukkende i kulstof består af et fotoaktivt lag mellem to elektroder.
Målet er ikke at erstatte solceller lavet af silicium og andre uorganiske materialer, siger Zhenan Bao , professor i kemiteknik ved Stanford University, som ledede arbejdet. Det er snarere at udfylde nye nicher. Kulstof er et af de mest udbredte grundstoffer på jorden, og det er alsidigt, siger Bao.
Kulstof er bemærkelsesværdigt sejt - atomtyk grafen og lange, tynde kulstofnanorør er to af de stærkeste materialer, der nogensinde er testet. Så kulstof solcelleanlæg kan sprøjtes på siderne af bygninger eller rulles sammen og føres ud i ørkenen. Forskellige former for kulstof kan printes for at lave tynd, fleksibel, gennemsigtig og endda strækbar elektronik.
Takket være dets alsidighed blev kulstof i en eller anden form brugt til at fremstille hver solcellekomponent. De tre hoveddele - en nanorør-katode og en grafenanode, der lagde et aktivt lag lavet af nanorør og buckyballs - blev alle lavet ved at printe eller fordampe fra blæk.
At få katoden til at fungere var den sværeste del, siger Bao - forskere har haft svært ved at lave kulstof-nanomaterialer, der samler elektroner. Stanford-forskerne løste problemet ved at vælge den rigtige smag af nanorør og give dem en kemisk behandling. Dette arbejde er beskrevet i journalen ACS Nano .
Solcelleanlægget udelukkende i kulstof omdanner mindre end 1 procent af energien i lys til elektricitet (til sammenligning omdanner en siliciumsolcelle omkring 20 procent af lyset til elektricitet). Bao siger dog, at hendes gruppe for det meste arbejdede med hyldematerialer, med kun en smule tuning. Hun tilskriver en del af problemet ruheden af kulstoffilmene, som øger rejseomkostningerne, og siger, at det burde være muligt at udjævne dem ved at arbejde på forarbejdningsmetoderne.
Carbon nanomaterialer er stadig relativt nye materialer, siger Bao. Der er meget forskning i, hvordan man kontrollerer deres egenskaber, og hvordan man bruger dem.
IBM Yorktown-forsker og 2011 MIT Technology Review unge innovatør Fengnian Xia, som ikke er involveret i arbejdet, er enig og siger, at solcellerne har brug for udgangsmaterialer og processer af bedre kvalitet. Ideen er fantastisk, og det her er en god første demonstration, men den er ikke klar til realistiske anvendelser, siger han.
Andre grupper er fokuseret på at lave bedre kulstofmaterialer til de aktive lag af solceller. Ifølge teoretiske beregninger af Jeffrey Grossman ved MIT skulle kulstofsolceller kunne nå 13 procent konverteringseffektivitet.
For at kulstofsolceller skal være kommercielt levedygtige, siger Shenqiang Ren , assisterende professor i kemi ved University of Kansas, skal deres effektivitet krydse 10 procent. Rens laboratorium satte konverteringseffektivitetsrekorden for kulstofsolceller (udstyret med konventionelle metalelektroder) til 1,3 procent i september, i arbejde, der blev vist i ACS Nano . Det er omtrent, hvor godt de første polymersolceller klarede sig, bemærker han.
Ren arbejder sammen med videnskabsmænd i computermaterialer, herunder Grossman, for at designe bedre kulstof-solceller ved at vælge de rigtige slags kulstof-nanomaterialer. Med denne vejledning, siger Ren, har hans laboratorium allerede lavet kulstofsolceller, der omdanner 5 procent af lysenergien til elektricitet, og han forventer at blive endnu højere.