Matriser med vertikalt inriktade enväggiga kolnanorör (VASWCNT) odlade vid Rice University är nyckeln till att göra bättre och billigare färgkänsliga solceller, ett alternativ till dyrare kiselsolceller. Matriserna överförs till ledande glas, toppad med en andra elektrod av titanoxid och omgiven av jodfri elektrolyt utvecklad vid Tsinghua University. Upphovsman:Lou Lab/Rice University
Skogar av kolnanorör är ett effektivt alternativ för platinaelektroder i färgkänsliga solceller (DSC), enligt ny forskning av samarbetspartners vid Rice University och Tsinghua University.
Enväggiga nanorörsarrayer, odlas i en process som uppfanns hos Rice, är både mycket mer elektroaktiva och potentiellt billigare än platina, en vanlig katalysator i DSC, sa Jun Lou, materialvetare på Rice. I kombination med nyutvecklade sulfidelektrolyter syntetiserade vid Tsinghua, de kan leda till mer effektiva och robusta solceller till en bråkdel av den nuvarande kostnaden för traditionella kiselbaserade solceller.
Lou och medledande utredare Hong Lin, professor i materialvetenskap och teknik vid Tsinghua, detaljerade sitt arbete på nätet, fri tillgång Natur tidning Vetenskapliga rapporter Denna vecka.
DSC är lättare att tillverka än kiselbaserade solcells-solceller men inte lika effektiva, sa Lou, en biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap. "DSC är sensibiliserade med färgämnen, helst organiska färgämnen som juicen från bär - som vissa studenter faktiskt har använt i demonstrationer. "
Färgämnen absorberar fotoner från solljus och genererar en laddning i form av elektroner, som först fångas upp av ett halvledande titanoxidskikt avsatt på en strömkollektor innan det strömmar tillbaka till motelektroden genom en annan strömkollektor. Framsteg har gjorts i tillverkningen av DSC som innehåller en jodbaserad elektrolyt, men jod tenderar att korrodera metallsamlare, som "utgör en utmaning för sin långsiktiga tillförlitlighet, "Sa Lou.
En färgkänslig solcell utvecklad vid Rice University och Tsinghua University ersätter platina med kolnanorör och jodelektrolyt med en sulfidbaserad elektrolyt. Forskarna hoppas kunna göra färgkänsliga solceller bättre och billigare. Upphovsman:Jeff Fitlow/Rice University
Jodelektrolyt har också den olyckliga tendensen att absorbera ljus i de synliga våglängderna, "vilket innebär att färre fotoner skulle kunna användas, "Sa Lou.
Så Tsinghua -forskare bestämde sig för att prova ett icke -frätande, sulfidbaserad elektrolyt som absorberar lite synligt ljus och fungerar bra med de enväggiga kolnanorörsmattor som skapats i rislabbet av Robert Hauge, en medförfattare av tidningen och en framstående fakultetsmedlem i kemi vid Rices Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology.
"Det här är mycket mångsidiga material, "Sa Lou." Enväggiga kolnanorör har funnits på Rice under mycket lång tid, och människor har hittat många olika sätt att använda dem. Detta är ett annat sätt som visar sig vara mycket väl anpassat till en sulfidbaserad elektrolyt i DSC-teknik. "
Både Rice och Tsinghua byggde fungerande solceller, med liknande resultat. De kunde uppnå en effektomvandlingseffektivitet på 5,25 procent - lägre än DSC -rekordet på 11 procent med jodelektrolyter och en platinaelektrod, men betydligt högre än ett kontrolltest som kombinerade den nya elektrolyten med en traditionell platina -motelektrod. Motståndet mellan den nya elektrolyten och motelektroden är "det lägsta vi någonsin har sett, "Sa Lou.
Det finns mycket arbete att göra, dock. "Kolnanorör-till-strömkollektorn har fortfarande ett ganska stort kontaktmotstånd, och effekterna av strukturella defekter i kolnanorör på deras motsvarande katalytiska prestanda är inte helt förstådda, men vi tror att när vi optimerar allt, vi kommer att få anständig effektivitet och göra det hela mycket prisvärt, "Sa Lou." Den verkliga attraktionen är att det kommer att vara ett mycket billigt alternativ till kiselbaserade solceller. "
