211service.com
All-Carbon Solceller kommer att innebära billiga och flexibla solpaneler
Med hjälp av en väska med nya nanomaterial har forskare vid Stanford University byggt de första solcellerna helt i kol. Deras solceller i kol producerar inte mycket elektricitet, men eftersom tekniken är fulländad kan kolceller vara billiga, utskrivbara, flexibla och tuffa nog att motstå extrema miljöer och väder.
Kolcell: Solcellen i helt kol består av ett fotoaktivt skikt mellan två elektroder.
Målet är inte att ersätta solceller gjorda av kisel och andra oorganiska material, säger Zhenan Bao , professor i kemiteknik vid Stanford University, som ledde arbetet. Det är snarare att fylla nya nischer. Kol är ett av de vanligaste grundämnena på jorden, och det är mångsidigt, säger Bao.
Kol är anmärkningsvärt tufft - atomtjock grafen och långa, tunna kolnanorör är två av de starkaste materialen som någonsin testats. Så kol solceller kan sprayas på sidorna av byggnader, eller rullas ihop och tas ut i öknen. Olika former av kol kan tryckas för att göra tunn, flexibel, transparent och till och med töjbar elektronik.
Tack vare dess mångsidighet användes kol i en eller annan form för att tillverka varje solcellskomponent. De tre huvuddelarna - en nanorörskatod och en grafenanod som lägger ett aktivt lager av nanorör och buckyballs - gjordes alla genom att skriva ut eller avdunsta från bläck.
Att få katoden att fungera var den svåraste delen, säger Bao – forskare har haft svårt att tillverka kolnanomaterial som samlar elektroner. Stanford-forskarna löste problemet genom att välja rätt smak av nanorör och ge dem en kemisk behandling. Detta arbete beskrivs i tidskriften ACS Nano .
Solcellerna helt i kol omvandlar mindre än 1 procent av energin i ljus till elektricitet (som jämförelse omvandlar en kiselsolcell cirka 20 procent av ljuset till elektricitet). Bao säger dock att hennes grupp mestadels arbetade med material från hyllan, med bara lite trimning. Hon tillskriver en del av problemet att kolfilmerna är grova, vilket höjer resekostnaderna, och säger att det borde vara möjligt att jämna ut dem genom att arbeta med bearbetningsmetoderna.
Kolnanomaterial är fortfarande relativt nya material, säger Bao. Det finns mycket forskning om hur man kontrollerar deras egenskaper och hur man använder dem.
IBM Yorktown forskare och 2011 MIT Technology Review unga innovatören Fengnian Xia, som inte är involverad i arbetet, håller med och säger att solcellerna behöver utgångsmaterial och processer av bättre kvalitet. Idén är fantastisk, och det här är en bra första demonstration, men den är inte redo för realistiska tillämpningar, säger han.
Andra grupper är fokuserade på att göra bättre kolmaterial för de aktiva lagren av solceller. Enligt teoretiska beräkningar av Jeffrey Grossman vid MIT borde kolsolceller kunna nå 13 procents omvandlingseffektivitet.
För att kolsolceller ska vara kommersiellt gångbara, säger man Shenqiang Ren , biträdande professor i kemi vid University of Kansas, måste deras effektivitet passera 10 procent. Rens labb satte rekordet i omvandlingseffektivitet för kolsolceller (utrustade med konventionella metallelektroder) till 1,3 procent i september, i arbete som publicerades i ACS Nano . Det är ungefär hur bra de första polymersolcellerna presterade, konstaterar han.
Ren arbetar med datamaterialforskare, inklusive Grossman, för att designa bättre kolsolceller genom att välja rätt sorts kolnanomaterial. Med denna vägledning, säger Ren, har hans labb redan gjort kolsolceller som omvandlar 5 procent av ljusenergin till elektricitet, och han förväntar sig att gå ännu högre.