211service.com
Goedkope Nano Zonnecellen
Onderzoekers van de Universiteit van Notre Dame, in Indiana, hebben een manier aangetoond om de efficiëntie van zonnecellen die zijn gemaakt met goedkope, gemakkelijk verkrijgbare materialen, waaronder een chemische stof die vaak in verven wordt gebruikt, aanzienlijk te verbeteren.
Ontsnappingsroute: Elektronen die in een op nanodeeltjes gebaseerde zonnecel zijn gemaakt, moeten een omslachtig pad (rode lijn) volgen om een elektrode te bereiken. Velen halen het niet, waardoor de efficiëntie van deze cellen afneemt. Onderzoekers van de Notre Dame hebben koolstofnanobuisjes gebruikt om de elektronen te helpen de elektrode te bereiken, wat de efficiëntie verbetert.
De onderzoekers voegden enkelwandige koolstofnanobuizen toe aan een film gemaakt van titaniumdioxide-nanodeeltjes, waardoor de efficiëntie van het omzetten van ultraviolet licht in elektronen werd verdubbeld in vergelijking met de prestaties van de nanodeeltjes alleen. De zonnecellen zouden kunnen worden gebruikt om waterstof voor brandstofcellen direct uit water te maken of om elektriciteit op te wekken. Titaanoxide is een hoofdbestanddeel van witte verf.
De aanpak, ontwikkeld door de Notre Dame hoogleraar chemie en biochemie Prashant Kamat en zijn collega's, gaat in op een van de belangrijkste beperkingen van zonnecellen op basis van nanodeeltjes. (Zie Silicium en zon.) Dergelijke cellen zijn aantrekkelijk omdat nanodeeltjes een groot potentieel hebben om licht te absorberen en elektronen te genereren. Maar tot nu toe is de efficiëntie van apparaten gemaakt van dergelijke nanodeeltjes aanzienlijk lager dan die van conventionele siliciumzonnecellen. Dat komt grotendeels omdat het moeilijk is gebleken om de elektronen te benutten die worden gegenereerd om een stroom te creëren.
Zonder de koolstofnanobuisjes moeten elektronen die worden gegenereerd wanneer licht wordt geabsorbeerd door titaniumoxidedeeltjes, van deeltje naar deeltje springen om een elektrode te bereiken. Velen redden het nooit om een elektrische stroom op te wekken. De koolstofnanobuisjes vangen de elektronen op en zorgen voor een directere route naar de elektrode, waardoor de efficiëntie van de zonnecellen verbetert.
Zoals ze online in het tijdschrift schreven Nano-letters , vormen de Notre Dame-onderzoekers een mat van koolstofnanobuisjes op een elektrode. De nanobuisjes dienen als scaffold waarop de titaniumoxidedeeltjes worden afgezet. Dit is een heel eenvoudige benadering om orde te scheppen in een wanordelijke structuur, zegt Kamat.
Het nieuwe koolstof-nanobuis- en nanodeeltjessysteem is nog geen praktische zonnecel. Dat komt omdat titaniumoxide alleen ultraviolet licht absorbeert; het grootste deel van het zichtbare lichtspectrum wordt gereflecteerd in plaats van geabsorbeerd. Maar onderzoekers hebben al manieren aangetoond om de nanodeeltjes aan te passen om het zichtbare spectrum te absorberen. In één strategie wordt een één molecuul dikke laag lichtabsorberende kleurstof aangebracht op de titaniumdioxide-nanodeeltjes. Een andere benadering, die experimenteel is aangetoond door Kamat, is om de nanodeeltjes te bekleden met kwantumstippen - kleine halfgeleiderkristallen. In tegenstelling tot conventionele materialen waarin één foton slechts één elektron genereert, hebben kwantumdots het potentieel om hoogenergetische fotonen om te zetten in meerdere elektronen.
Verschillende andere groepen onderzoeken benaderingen om de verzameling van elektronen in een cel te verbeteren, waaronder het vormen van titaniumoxide-nanobuizen of complexe vertakkingsstructuren gemaakt van verschillende halfgeleiders. Maar experts zeggen dat het werk van Kamat een belangrijke stap kan zijn in het maken van goedkopere, efficiëntere zonnecellen. Dit is heel belangrijk werk, zegt Gerald Meyer, hoogleraar scheikunde aan de Johns Hopkins University. Het gebruik van koolstofnanobuisjes als kanaal voor elektronen uit titaniumoxide is een nieuw idee, en dit is een prachtig proof-of-principle-experiment.