211service.com
Günstige Nano-Solarzellen
Forscher der University of Notre Dame in Indiana haben einen Weg aufgezeigt, die Effizienz von Solarzellen, die aus kostengünstigen, leicht verfügbaren Materialien hergestellt werden, einschließlich einer Chemikalie, die häufig in Lacken verwendet wird, erheblich zu verbessern.
Fluchtweg: Elektronen, die in einer Nanopartikel-basierten Solarzelle erzeugt werden, müssen einem Umweg (rote Linie) folgen, um eine Elektrode zu erreichen. Viele schaffen es nicht, was die Effizienz dieser Zellen verringert. Forscher von Notre Dame haben Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet, um den Elektronen zu helfen, die Elektrode zu erreichen, wodurch die Effizienz verbessert wird.
Die Forscher fügten einem Film aus Titandioxid-Nanopartikeln einwandige Kohlenstoffnanoröhren hinzu, wodurch die Effizienz der Umwandlung von ultraviolettem Licht in Elektronen im Vergleich zur Leistung der Nanopartikel allein verdoppelt wurde. Die Solarzellen könnten genutzt werden, um direkt aus Wasser Wasserstoff für Brennstoffzellen herzustellen oder Strom zu erzeugen. Titanoxid ist ein Hauptbestandteil von weißer Farbe.
Der Ansatz, entwickelt vom Notre-Dame-Professor für Chemie und Biochemie Prashant Kamat und seinen Kollegen eine der bedeutendsten Einschränkungen von Solarzellen auf Basis von Nanopartikeln. (Siehe Silizium und Sonne.) Solche Zellen sind attraktiv, weil Nanopartikel ein großes Potenzial haben, Licht zu absorbieren und Elektronen zu erzeugen. Bisher war die Effizienz tatsächlicher Bauelemente aus solchen Nanopartikeln jedoch deutlich geringer als die von herkömmlichen Silizium-Solarzellen. Das liegt vor allem daran, dass es sich als schwierig erwiesen hat, die erzeugten Elektronen zu nutzen, um einen Strom zu erzeugen.
Tatsächlich müssen ohne die Kohlenstoff-Nanoröhrchen Elektronen, die bei der Absorption von Licht durch Titanoxid-Partikel erzeugt werden, von Partikel zu Partikel springen, um eine Elektrode zu erreichen. Viele schaffen es nie, einen elektrischen Strom zu erzeugen. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sammeln die Elektronen und bieten einen direkteren Weg zur Elektrode, wodurch die Effizienz der Solarzellen verbessert wird.
Wie sie online im Journal schrieben Nano-Buchstaben formen die Notre-Dame-Forscher eine Matte aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf einer Elektrode. Die Nanotubes dienen als Gerüst, auf dem die Titanoxid-Partikel abgeschieden werden. Dies sei ein sehr einfacher Ansatz, um Ordnung in eine ungeordnete Struktur zu bringen, sagt Kamat.
Das neue Kohlenstoff-Nanoröhren- und Nanopartikel-System ist noch keine praktische Solarzelle. Das liegt daran, dass Titanoxid nur ultraviolettes Licht absorbiert; Der größte Teil des sichtbaren Lichtspektrums wird eher reflektiert als absorbiert. Forscher haben jedoch bereits Möglichkeiten aufgezeigt, die Nanopartikel so zu modifizieren, dass sie das sichtbare Spektrum absorbieren. Bei einer Strategie wird eine ein Molekül dicke Schicht aus lichtabsorbierendem Farbstoff auf die Titandioxid-Nanopartikel aufgebracht. Ein anderer Ansatz, der von Kamat experimentell demonstriert wurde, besteht darin, die Nanopartikel mit Quantenpunkten – winzigen Halbleiterkristallen – zu beschichten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien, bei denen ein Photon nur ein Elektron erzeugt, haben Quantenpunkte das Potenzial, hochenergetische Photonen in mehrere Elektronen umzuwandeln.
Mehrere andere Gruppen untersuchen Ansätze, um die Sammlung von Elektronen innerhalb einer Zelle zu verbessern, einschließlich der Bildung von Titanoxid-Nanoröhren oder komplexen Verzweigungsstrukturen aus verschiedenen Halbleitern. Experten sagen jedoch, dass die Arbeit von Kamat ein wichtiger Schritt sein könnte, um billigere und effizientere Solarzellen herzustellen. Dies sei eine sehr wichtige Arbeit, sagt Gerald Meyer, Professor für Chemie an der Johns Hopkins University. Die Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Leitung für Elektronen aus Titanoxid ist eine neuartige Idee, und dies ist ein wunderschönes Proof-of-Principle-Experiment.