Solenergi är en av de mest lovande formerna av förnybar energi, men de höga kostnaderna för konventionella solceller har hittills begränsat dess popularitet. För att öka solenergins konkurrenskraft, forskare har vänt sig till utvecklingen av färgsensibiliserade solceller - solceller som använder billiga organiska färgämnen och titandioxid (TiO2) nanopartiklar i stället för dyra halvledare och sällsynta jordartsmetaller för att absorbera solljus. Zhaohong Huang vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och medarbetare har nu sänkt kostnaden för färgsensibiliserade solceller ytterligare genom att ersätta indiumtennoxid (ITO) – standardmaterialet för transparenta elektroder – med kolnanorör.

En typisk färgkänslig solcell innefattar ett poröst lager av TiO2-nanopartiklar nedsänkta i ett organiskt färgämne. Färgen absorberar solljuset och omvandlar energin till elektricitet, som rinner in i TiO2 nanopartiklarna. Solcellens solvända sida är vanligtvis täckt med en transparent elektrod som bär laddningsbärarna bort från TiO2 och ut ur solcellen. "Tyvärr, ITO-elektroder är spröda och spricker lätt, Säger Huang. "De är också dyra och kan ta upp till 60 % av den totala kostnaden för den färgsensibiliserade solcellen."

Huang och hans team ersatte därför ITO-elektroden med en tunn film av kolnanorör. Kolnanorör leder elektricitet och är nästan transparenta, flexibel och stark, vilket gör dem till det idealiska materialet för transparenta elektroder. Den enda nackdelen är att fotogenererade laddningsbärare i nanoröret kan rekombinera med joner i färgämnet, vilket minskar energiomvandlingseffektiviteten hos solcellen.

För att övervinna detta problem, Huang och hans team placerade en tunn TiO2 -film mellan den tunna filmen med kolnanorör och det porösa skiktet. De fann att prestandan för färgsensibiliserade solceller med tunn TiO2-film var betydligt bättre än de utan. Dock, de fann också att solomvandlingseffektiviteten för deras nya färgsensibiliserade solceller bara var 1,8 %, vilket är lägre än för konventionella solceller som använder ITO -elektroder. Detta beror på de högre elektriska resistanserna och den minskade optiska transparensen hos kolnanorörsfilmerna, vilket begränsar mängden solljus som kommer in i cellen.

"Vi studerar nu olika sätt att förbättra filmens konduktivitet och transparens, säger Huang. "Dessutom, Vi planerar att ersätta den nedre platinaelektroden med tunn nanorörslipfilm för att ytterligare minska kostnaden för färgkänsliga solceller.

Om det lyckas, resultaten kan ha stor inverkan på kostnaden och stabiliteten för färgsensibiliserade solceller.