Illustration av TiO2 nanorod-arrayer på kolfibrer tillverkade med metoden "lös upp och växa". Bildkredit:Guo, et al. © 2012 American Chemical Society
(PhysOrg.com) -- Titania halvledande nanorods odlade på ytan av kolfibrer ser mer ut som borst på en liten hårborste än en solcell, men den nya konfigurationen kan ha flera fördelar jämfört med konventionella platta solceller. Till exempel, de flexibla rörformade cellerna kan fånga ljus från alla håll och till och med ha potential att vävas in i kläder och papper för nya tillämpningar. Men i det nuvarande utvecklingsstadiet, forskare försöker hitta en enkel, låg kostnadsmetod för tillverkning av högkvalitativa rörformade solceller.
Ett team av forskare från Georgia Institute of Technology i Atlanta, Georgien, och Xiamen University i Xiamen, Kina, har nyligen utvecklat en ny metod för att framställa enhetlig titandioxid (TiO 2 ) nanorods på kolfibrer. Den nya metoden har fördelar jämfört med den vanliga sol-gel-metoden, som kräver höga temperaturer och kan orsaka sprickor i materialen. Den nya studien publiceras i en ny utgåva av Journal of the American Chemical Society .
”Detta arbete visar en innovativ metod för odling av TiO -grupper 2 nanorods på flexibla substrat som kan appliceras på flexibla enheter för energiskörd och lagring, ” berättade medförfattare Wenxi Guo från Georgia Institute of Technology och Xiamen University PhysOrg.com .
Att tillverka rörliknande solceller är utmanande på grund av de flera stegen som är inblandade, som inkluderar omvandling av ren Ti-folie till TiO 2 nanorods, beläggning av kolfibrer med nanoroderna, och likformigt anordnande av nanoroderna på fibrerna. Som forskarna förklarar, en idealisk lösning för att förbereda TiO 2 nanostrukturer på kolfibrer är att odla dem direkt på fiberns yta. De gjorde det här med hjälp av en "lös upp och växa" -metod för att omvandla Ti till vertikalt inriktad enkristall TiO 2 nanoroder på kolfibrer.
Scanning av elektronmikroskopbilder av TiO2 nanorod-arrayer som likformigt täcker kolfibrerna. Bildkredit:Guo, et al. ©2012 American Chemical Society
Sedan, i ett försök att ytterligare förbättra enhetens prestanda, forskarna använde en ”etch and grow” -metod för att etsa nanoroderna i rektangulära hopbundna matriser med hjälp av en hydrotermisk behandling med saltsyra.
Efter att ha monterat de nanorodstäckta kolfibrerna som fotoanoder i rörformade färgsensibiliserade solceller (DSSC), forskarna testade experimentellt solcellernas prestanda. Resultaten visade att den rektangulära buntade nanorodkonfigurationen uppnådde en energiomvandlingseffektivitet på 1,28%, jämfört med 0,76 % för den obuntade konfigurationen. Forskarna tillskriver skillnaden till den större ytan av de buntade nanoroderna, vilket gör att fler färgmolekyler kan adsorberas, vilket resulterar i fler elektronexcitationer.
Den stora ytan ger de rörformade solcellerna förmågan att fånga ljus från alla håll, vilket kan göra dem attraktiva för applikationer under intensivt tvingat solljus. Förutom solceller, metoden för att odla TiO 2 nanotrådar på kolfibrer kan utvidgas till att tillverka fotokatalysatorer och litiumjonbatterier. Men den kanske mest unika tillämpningen skulle vara att väva dem i tyger.
"I framtiden, vi kan introducera kolfibrer eller andra kolmaterial som motelektroder för denna konfiguration, ”Sa Guo. "I det här fallet, vi kan tillverka DSSC:er bara baserade på kolmaterial och TiO 2 som är lovande för tyg- och pappersapplikationer. Vi kanske också planerar att göra lite hybridarbete för att skaffa olika energikällor baserat på denna konfiguration."
Copyright 2012 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.
