En ny halvleder nanofiber kunne i høj grad øge effektiviteten af ​​solceller

Et hold fra The Hong Kong Polytechnic University (PolyU) udviklede en ny nanostruktur indlejret i en halvleder nanofiber, der resulterer i fremragende ledningsevne. Nanokompositten adresserer en nøglehæmmer for ledningsevne, med potentiale til at forbedre en bred vifte af applikationer, fra batterier og solceller, til luftrensningsanordninger.

Mens halvledere er meget udbredt, deres effektivitet er blevet begrænset af den naturlige proces af fotogenererede elektroner i rekombination med 'huller', eller potentielle elektronhvilepletter. Dette reducerer den bevægelige strøm af elektroner genereret af lys eller ekstern strøm og, som en konsekvens, reducerer enhedens effektivitet. PolyU's Department of Mechanical Engineering designede en sammensat nanofiber, der i det væsentlige giver en dedikeret motorvej til elektrontransport, når de først er genereret, eliminerer problemet med elektron-hul-rekombination.

Innovationen blev tildelt guldmedaljen med lykønskninger fra juryen ved den 45. internationale udstilling for opfindelser i Genève i 2017.

Holdet undgik rekombination ved at indsætte en stærkt ledende nanostruktur lavet af kulstofnanorør og grafen i en titaniumdioxid (TiO) ₂ ) komposit nanofiber. Elektronerne og ladningerne kan transporteres effektivt i grafenkernen, så snart de er genereret, før den rekombineres med 'hullerne' i nanofiberen. Anført af Wallace Leung, holdet har testet effektiviteten af ​​nanokompositten i solceller og fotokatalysatorer til luftrensning.

De indlejrede nanokompositten i TiO ₂ komponent af farvestofsensibiliserede og perovskitbaserede solceller, som er under undersøgelse som alternativer til konventionelle siliciumbaserede solceller. Nanokompositten øgede solcellernes energiomdannelsesrater med 40 procent til 66 procent.

TiO ₂ nanopartikler er det mest almindeligt anvendte fotokatalysatormateriale i kommercielt tilgængelige luftrensende eller desinfektionsapparater. Imidlertid, TiO ₂ kan kun aktiveres af ultraviolet lys, hvilket gør den langt mindre effektiv indendørs. Det er også ineffektivt til at omdanne nitrogenoxid (NO) til nitrogendioxid (NO ₂ ), med en sats på mindre end 10 pct.

Da PolyU's nanostruktur blev indlejret i en fotokatalysator, det gav en grafen-motorvej for elektroner til at transportere hurtigere for at generere superanioner for at oxidere absorberede forurenende stoffer, bakterier og vira. Grafenkernen øgede også markant overfladen, der blev eksponeret for lysabsorption og indfangning af skadelige molekyler. Det høstede også mere lysenergi på tværs af alle bølgelængder. Halvledernanofiberen omdannede omkring 70 procent af NO til NO ₂ , syv gange mere end almindelig TiO ₂ nanopartikler.

De testede også, hvor godt deres nanostruktur nedbryder formaldehyd, en grim flygtig organisk forbindelse, der almindeligvis findes i nye eller renoverede bygninger og nye biler. PolyU's indlejrede grafenfotokatalysator var igen i stand til at nedbryde tre gange mere formaldehyd end TiO ₂ nanopartikler uden den tilføjede nanostruktur.

Den nye nanokomposit har en lang række andre potentielle anvendelser, såsom brintgenerering ved vandspaltning, biologisk-kemiske sensorer med øget hastighed og følsomhed, og lithium-batterier med lavere impedans og øget lagring.