(Phys.org) – Ett spännande framsteg inom solcellsteknologi som utvecklats vid University of Kansas har producerat världens mest effektiva solcellsceller gjorda av nanokol, material som har potential att dramatiskt sänka kostnaderna för solcellsteknik i framtiden.
"Vi slog faktiskt rekordet för solcellseffektivitet i koldioxid, sa Shenqiang Ren, biträdande professor i kemi vid KU, som ledde forskningen tillsammans med kollegor från Massachusetts Institute of Technology. "Kolnanorörsbaserade solceller, förr, i genomsnitt mindre än 1 procent i effektivitet. Även om dessa material visar en så stor potential, det finns så många problem. Men vi vänder oss till dem. Så nu, vår effektivitet har stigit till 1,3 procent. Det når inte till den kommersiella effektivitetsnivån, men vi jobbar fortfarande på det, försöker optimera det, försöker få bättre effektivitet ur det."
För att vara kommersiellt gångbar, Ren sa att en solcellspanel måste passera en 10-procentig effektivitetströskel - vilket betyder att den måste dölja en tiondel av solljusets energi till solcellsutgångseffekt. Dagens kommersiellt tillgängliga PV-paneler i silikon är 17 till 22 procent effektiva, men de kommer med en mycket hög prislapp.
KU-forskaren sa att PV-paneler gjorda av kolnanomaterial kan främja solteknik eftersom de är gjorda av billiga, lättillgängliga och miljömässigt hållbara kolmaterial, har hög optisk absorption och mycket bättre fotostabilitet – vilket innebär att deras prestanda inte försämras efter exponering för solljus.
"I vår forskning, vi använder kol buckyballs, kolnanorör och ett grafenderivat, " sade Ren. "Nanokolmaterialen visar anmärkningsvärd fotostabilitet utan traditionell förpackning som krävs i organiska solceller. Vi jämförde faktiskt två typer av solceller i laboratoriet. Vi hade en vanlig organisk solcell, och sedan gjorde vi exakt samma solcell i helt kol. Sedan, vi jämförde fotonedbrytningen utan någon skyddande förpackning. Det organiska bröts ned så snabbt att den organiska solcellen efter 100 timmar inte fungerade alls, men solcellen helt i kol fungerade riktigt bra."
Medan effektivitetsgraden på 1,3 procent av Rens PV-celler av nanokolväten inte är lika med dagens kommersiellt tillgängliga solteknik, den teoretiska gränsen för solcellsceller i kol är 13 procent. Om Ren och hans kollegor kan uppnå i den verkliga världen vad de tror är möjligt med nanokol, Tekniken skulle frodas på marknaden och kan ha en bredare inverkan på teknik bortom solenergi.
"Vårt mål är att föra denna prestation framåt, och under tiden vill vi bättre förstå excitondynamiken och laddningsöverföringen, " sa Ren. "Detta kolmaterial är väldigt nytt för fotofysik, och en PV-cell är bara en av de nya applikationerna från ramverket helt kol. Det kan öppna upp en helt ny koloptoelektronik. Till exempel, vi skulle kunna använda detta kol för fotodetektor eller en sensor. När vi tar itu med dessa grundläggande problem, det finns ett helt nytt fält som kan öppnas av denna upptäckt."
Kansas NSF EPSCoR, Department of Energy, Centrum för miljönyttig katalys och KU:s nya fakultetens allmänna forskningsfondsprogram stödde Ren-gruppens forskning vid KU. Dessutom, Ren krediterar KU:s "Sustaining the Planet, Powering the World"-initiativet med att ta honom till universitetet.
Rens fynd visas i numret 9 oktober av ACS Nano.
