211service.com
Hobbelige coatings voor betere zonnecellen
Draden, poriën, oneffenheden en andere texturen op nanoschaal kunnen de prestaties van zonnecellen, displays en zelfs zelfreinigende coatings drastisch verbeteren. Nu hebben onderzoekers van Stanford University een eenvoudigere, goedkopere manier ontwikkeld om deze functies toe te voegen aan grote oppervlakken.
Nanosfeer uitstrijkje: Het gebruik van een spinstaaf om een inktsuspensie van silica-nanobolletjes af te zetten, is een eenvoudige manier om hobbelige coatings met nanotextuur zoals deze drie te maken.
Structuren op nanoschaal bieden bijzondere voordelen in apparaten die met licht interageren. Zo is een dunne-film zonnecel bekleed met nanozuilen efficiënter omdat de zuilen meer licht absorberen en meer daarvan omzetten in elektriciteit. Andere texturen op nanoschaal bieden vergelijkbare voordelen in optische apparaten zoals achtergrondverlichting van schermen.
Het probleem is opschalen naar grote gebieden, zegt Yi Cui , een Stanford-professor materiaalwetenschappen en techniek die het nieuwe werk leidde. Veel methoden zijn erg complex en lossen het probleem niet op, zegt Cui. Lithografie kan worden gebruikt om kenmerken op nanoschaal met precieze afmetingen te maken, maar het is duur en moeilijk. Eenvoudigere technieken, zoals het spincoaten van een oppervlak met nanodeeltjes of het gebruik van zuren om het te etsen met kleine gaatjes, laten niet veel precisie toe.
De groep van Cui paste een proces aan dat commercieel wordt gebruikt om flexibele verpakkingen te vervaardigen. Een met draden gewikkelde staaf wordt gebruikt om een vloeibare coating met silica-nanobolletjes gelijkmatig af te zetten. Het behandelde oppervlak krijgt specifieke structurele eigenschappen op nanoschaal.
Het veranderen van de grootte van de nanodeeltjes, het gebruik van draden van verschillende diameters en het toepassen van daaropvolgende chemische behandelingen kunnen de eigenschappen van het oppervlak verder wijzigen. De coatingmethode is compatibel met roll-to-roll-processen die worden gebruikt om flexibele apparaten op plastic, metaal en andere materialen te printen, en kan ook worden gebruikt op harde oppervlakken zoals glas.
In het journaal Nano-letters , Cui meldt dat hij en zijn groep superhydrofobe oppervlakken en een proof-of-concept zonne-apparaat hebben gemaakt. Om de zonnecel te maken, deponeren de onderzoekers metaal en amorf silicium op het hobbelige oppervlak. Het resultaat absorbeert 42 procent meer licht dan een plat oppervlak dat dezelfde hoeveelheid materialen gebruikt. Cui hoopt dat de texturering op nanoschaal het mogelijk zal maken om dunnefilmzonnecellen te produceren die heel weinig materiaal gebruiken, maar toch zeer efficiënt zijn; hij heeft dergelijke apparaten in het verleden gemaakt met behulp van fotolithografie en andere complexe fabricagetechnieken.
Dit werk demonstreert een eenvoudige maar effectieve methode om gecontroleerde assemblage van nanosferen over grote gebieden te bereiken, zegt Ali Javey , een professor in elektrotechniek en computerwetenschappen aan de University of California, Berkeley. Het zou een route kunnen bieden naar verbeterde efficiëntie in dunnefilmzonnecellen, zonder de kosten of de procescomplexiteit te verhogen.
L. Jay Guo , een professor in elektrotechniek en computerwetenschappen aan de Universiteit van Michigan die roll-to-roll printsystemen ontwikkelt, zegt dat de methode nuttig zou moeten zijn voor zonnecellen en displays. Het maakt gebruik van een traditionele draadgewonden coatingmethode, die toepasbaar is op grote oppervlakken, zegt hij. Maar hij gelooft dat het proces, dat de hobbelige oppervlakken kan aanbrengen met 0,8 centimeter per seconde, misschien niet snel genoeg is voor de industrie, tenzij de Stanford-onderzoekers de zaken kunnen versnellen.
Cui pakt het werk nu twee kanten op. Zijn groep stemt de grootte van de deeltjes en de afstand ertussen af om te bepalen welke eigenschappen het beste zijn voor zonnecellen. Hij ontwikkelt ook een coating voor light-emitting diodes, waarvan hij hoopt dat het LCD-schermen helderder zal laten lijken.