QUT-forskare har använt kolprickar, skapad av mänskligt håravfall från en frisersalong i Brisbane, att skapa ett slags "rustning" för att förbättra prestandan hos banbrytande solteknik.

I en studie publicerad i Journal of Materials Chemistry A , forskarna ledda av professor Hongxia Wang i samarbete med docent Prashant Sonar vid QUT:s Center for Materials Science visade att kolnanodotterna kunde användas för att förbättra prestandan hos perovskites solceller.

Perovskites solceller, en relativt ny solcellsteknik, ses som den bästa PV-kandidaten att leverera till låg kostnad, högeffektiv solel under kommande år. De har visat sig vara lika effektiva i energiomvandlingseffektivitet som de nuvarande kommersiellt tillgängliga solcellerna av monokristallin kisel, men hindren för forskare inom detta område är att göra tekniken billigare och mer stabil.

Till skillnad från kiselceller, de är skapade med en blandning som är lätt att tillverka, och eftersom de är flexibla kan de användas i scenarier som soldrivna kläder, ryggsäckar som laddar dina enheter när du är på språng och till och med tält som kan fungera som fristående strömkällor.

Detta är den andra stora forskningen som kommer som ett resultat av ett människohår härledda kolprickar som multifunktionellt material.

Förra året, Docent Prashant Sonar ledde ett forskarlag, inklusive Center for Materials Science forskare Amandeep Singh Pannu, som gjorde hårrester till kolnanodots genom att bryta ner hårstråna och sedan bränna dem vid 240 grader celsius. I den studien, forskarna visade att kolprickarna kunde förvandlas till flexibla displayer som kan användas i framtida smarta enheter.

I denna nya studie, Professor Wangs forskargrupp, inklusive Dr. Ngoc Duy Pham, och herr Pannu, arbetar med professor Prashant Sonars grupp, använde kolnanodotterna på perovskitsolceller av nyfikenhet. Professor Wangs team hade tidigare funnit att nanostrukturerade kolmaterial kunde användas för att förbättra en cells prestanda.

Efter att ha tillsatt en lösning av kolprickar i processen att göra perovskiterna, Professor Wangs team fann att kolprickarna bildar ett vågliknande perovskitskikt där perovskitkristallerna omges av kolprickarna.

"Det skapar ett slags skyddande lager, en sorts rustning, " sa professor Wang.

"Det skyddar perovskitmaterialet från fukt eller andra miljöfaktorer, som kan orsaka skador på materialen."

Studien fann att perovskitsolceller täckta med kolprickar hade en högre effektomvandlingseffektivitet och en större stabilitet än perovskitceller utan kolprickar.

Professor Wang har forskat på avancerade solceller i cirka 20 år, och arbeta med perovskitceller sedan de uppfanns för ungefär ett decennium sedan, med det primära målet att utveckla kostnadseffektiva, stabila fotovoltaiska material och anordningar, för att hjälpa till att lösa energifrågan i världen.

"Vårt slutliga mål är att göra solel billigare, lättare att komma åt, längre hållbarhet och för att göra PV-enheter lätta eftersom nuvarande solceller är mycket tunga, " sa professor Wang.

"De stora utmaningarna inom området perovskitsolceller är att lösa enhetens stabilitet för att kunna fungera i 20 år eller längre och utvecklingen av en tillverkningsmetod som är lämplig för storskalig produktion.

"För närvarande, alla rapporterade högpresterande perovskit-solceller har tillverkats i en kontrollerad miljö med extremt låg nivå av fukt och syre, med en mycket liten cellyta som är praktiskt taget omöjliga för kommersialisering.

"För att göra tekniken kommersiellt gångbar, utmaningar för tillverkning av effektivt stort område, stabil, flexibel, perovskite solpaneler till låg kostnad måste övervinnas.

"Detta kan endast uppnås genom en djup förståelse av materialegenskaperna i storskalig produktion och under industriellt kompatibla förhållanden."

Professor Wang är särskilt intresserad av hur perovskitceller kan användas i framtiden för att driva rymdfarkoster.

Den internationella rymdstationen drivs av fyra solpaneler, som kan generera upp till 120 kW el. Men en nackdel med den nuvarande tekniken för rymd-PV är vikten av nyttolasten för att få dem dit.

Medan perovskite skulle vara mycket lättare, en av utmaningarna för forskare är att utveckla perovskitceller som klarar av den extrema strålningen och det breda omfånget av temperaturvariationer i rymden – från minus 185 grader till mer än 150 grader Celsius.

Professor Wang sa att lösningen kan vara tio år borta, men forskare fortsatte att få större insikter i området.

För närvarande samarbetar professor Wangs forskargrupp med professor Dmitri Golberg i QUT Center for Materials Science för att förstå egenskaperna hos perovskitmaterial under extrema miljöförhållanden som stark bestrålning av en elektronstråle och drastiska temperaturförändringar.

"Jag är ganska optimistisk med tanke på hur mycket den här tekniken har förbättrats hittills, " sa professor Wang.