(a) Ett schema över den hierarkiska strukturen hos ett träd där varje struktur är nedbruten till nivån av de elementära fibrillerna. (b) Vanligt papper med mikrofibrer har en mikroporös struktur som orsakar ljusspridning. (c) Det nya papperet är tillverkat av TEMPO-oxiderade träfibrer för att eliminera mikroporerna och förbättra den optiska transparensen. Upphovsman:Fang, et al. ©2014 American Chemical Society
(Phys.org) – En ny typ av papper som är gjord av träfibrer men som ändå är 96 % transparent kan vara ett revolutionerande material för nästa generations solceller. Kommer från växter, papperet är billigt och mer miljövänligt än de plastsubstrat som ofta används i solceller. Dock, dess viktigaste fördel är att den övervinner kompromissen mellan optisk transparens och optisk dis som belastar de flesta material.
Ett team av forskare från University of Maryland, South China University of Technology, och University of Nebraska-Lincoln, har publicerat en artikel om det nya materialet i ett färskt nummer av Nanobokstäver .
Som forskarna förklarar, solcellsprestanda fördelar när material har både en hög optisk transparens (för att möjliggöra god ljustransmission) och en hög optisk dis (för att öka spridningen och därmed absorptionen av det transmitterade ljuset i materialet). Men hittills, material med höga transparensvärden (omkring 90 %) har mycket låga värden för optisk grumling (mindre än 20 %).
Det nya träbaserade papperet har en ultrahög transparens på 96 % och ultrahög optisk grumling på 60 %, vilket är det högsta optiska grumlighetsvärdet som rapporterats bland transparenta substrat.
Den främsta anledningen till denna goda prestanda inom båda områdena är att papperet har en nanoporös snarare än mikroporös struktur. Vanligt papper är tillverkat av träfibrer och har låg optisk transparens på grund av mikrohålorna som finns i den porösa strukturen som orsakar ljusspridning. I den nya tidningen, dessa mikroporer elimineras för att förbättra den optiska transparensen. Att göra detta, forskarna använde en behandling som heter TEMPO för att försvaga vätebindningarna mellan mikrofibrerna som utgör träfibrerna, vilket får träfibrerna att svälla upp och kollapsa till en tät, tätt packad struktur som innehåller nanoporer snarare än mikroporer.
Optisk transmissionsdimring kontra transmittans för olika substrat vid 550 nm. Glas och PET finns i grönområdet, som är lämpliga för skärmar på grund av deras låga dis och höga transparens; det genomskinliga papperet som utvecklats i detta arbete är beläget i cyanområdet, vilket är det mest lämpliga för solceller. Kredit:Fang, et al. ©2014 American Chemical Society
"Papperna är gjorda av bandliknande material som kan staplas bra utan hålrum i mikrostorlek för hög transmittans, men med nanoporer för hög optisk dis, " medförfattare Liangbing Hu, Biträdande professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid University of Maryland, berättade Phys.org .
För att testa papperet för solcellstillämpningar, forskarna strök träfiberpappret på ytan av en kiselplatta. Experiment visade att ljusskördeanordningen kan samla ljus med en effektivitetsökning på 10%. På grund av enkelheten i denna lamineringsprocess, solceller som redan har installerats och används skulle kunna dra nytta av det extra papperslagret.
Även om det finns andra papper gjorda av nanofibrer, detta dokument visar en mycket högre optisk transmittans samtidigt som det använder mycket mindre energi och tid för bearbetning. Med dessa fördelar, den mycket transparenta, högdödigt papper kan erbjuda ett billigt sätt att förbättra effektiviteten hos solpaneler, soltak, och solcellsfönster.
"Vi skulle vilja arbeta med solcells- och bildskärmsföretag för att utvärdera applikationerna, " sa Hu. "Vi är också intresserade av tillverkning av sådant papper."
© 2014 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.
