211service.com
Billiga nanosolceller
Forskare vid University of Notre Dame i Indiana har visat ett sätt att avsevärt förbättra effektiviteten hos solceller tillverkade av billiga, lättillgängliga material, inklusive en kemikalie som vanligtvis används i färger.
Flyktväg: Elektroner som skapas i en nanopartikelbaserad solcell måste följa en kretsväg (röd linje) för att nå en elektrod. Många klarar sig inte, vilket minskar effektiviteten hos dessa celler. Forskare vid Notre Dame har använt kolnanorör för att hjälpa elektronerna att nå elektroden, vilket förbättrar effektiviteten.
Forskarna lade till enkelväggiga kolnanorör till en film gjord av titandioxid-nanopartiklar, vilket fördubblade effektiviteten av att omvandla ultraviolett ljus till elektroner jämfört med prestanda för enbart nanopartiklar. Solcellerna skulle kunna användas för att göra väte till bränsleceller direkt från vatten eller för att producera el. Titanoxid är en huvudingrediens i vit färg.
Tillvägagångssättet, utvecklat av Notre Dame professor i kemi och biokemi Prashant Kamat och hans kollegor, tar upp en av de viktigaste begränsningarna för solceller baserade på nanopartiklar. (Se Silicon and Sun.) Sådana celler är tilltalande eftersom nanopartiklar har en stor potential för att absorbera ljus och generera elektroner. Men hittills har verkningsgraden för faktiska enheter gjorda av sådana nanopartiklar varit betydligt lägre än för konventionella kiselsolceller. Det beror till stor del på att det har visat sig svårt att utnyttja elektronerna som genereras för att skapa en ström.
Utan kolnanorören måste elektroner som genereras när ljus absorberas av titanoxidpartiklar hoppa från partikel till partikel för att nå en elektrod. Många kommer aldrig ut för att generera en elektrisk ström. Kolnanorören samlar in elektronerna och ger en mer direkt väg till elektroden, vilket förbättrar solcellernas effektivitet.
Som de skrev på nätet i journalen Nanobokstäver , forskare från Notre Dame bildar en matta av kolnanorör på en elektrod. Nanorören fungerar som en ställning på vilken titanoxidpartiklarna avsätts. Det här är ett väldigt enkelt tillvägagångssätt för att få ordning i en oordnad struktur, säger Kamat.
Det nya kol-nanoröret och nanopartikelsystemet är ännu inte en praktisk solcell. Det beror på att titanoxid endast absorberar ultraviolett ljus; det mesta av det synliga ljusspektrumet reflekteras snarare än absorberas. Men forskare har redan visat sätt att modifiera nanopartiklarna för att absorbera det synliga spektrumet. I en strategi appliceras ett enmolekyltjockt lager av ljusabsorberande färgämne på titandioxidnanopartiklarna. Ett annat tillvägagångssätt, som har demonstrerats experimentellt av Kamat, är att belägga nanopartiklarna med kvantprickar - små halvledarkristaller. Till skillnad från konventionella material där en foton bara genererar en elektron, har kvantprickar potential att omvandla högenergifotoner till flera elektroner.
Flera andra grupper undersöker metoder för att förbättra insamlingen av elektroner i en cell, inklusive bildande av titanoxid-nanorör eller komplexa grenstrukturer gjorda av olika halvledare. Men experter säger att Kamats arbete kan vara ett viktigt steg för att skapa billigare, mer effektiva solceller. Det här är mycket viktigt arbete, säger Gerald Meyer, professor i kemi vid Johns Hopkins University. Att använda kolnanorör som en ledning för elektroner från titanoxid är en ny idé, och det här är ett vackert proof-of-princip-experiment.