Kulstof nanorør kan billigt høste sollys

(PhysOrg.com) -- En ny alternativ energiteknologi er afhængig af det element, der er mest forbundet med klimaændringer:kulstof.

University of Wisconsin-Madison forskere studerer, hvordan man laver billige, effektive solceller fra kulstof nanorør, som er plader af carbon rullet til sømløse cylindre en nanometer i diameter. Mange forskere studerer, hvordan man bruger nanorør til mekaniske og elektroniske applikationer, men materialevidenskab og ingeniørassistent professor Michael Arnold er en af ​​de første til at anvende dem på solenergi.

"Vi udvikler nye materialer og metoder til at skabe skalerbare, billig, stabile og effektive fotovoltaiske solcelleteknologier, " siger Arnold. "Halvledende kulstof nanorør har bemærkelsesværdige elektroniske og optiske egenskaber, der er ideelt egnet til fotovoltaik, så de er et interessant udgangspunkt."

Kulstof er et lovende valg til solceller, fordi det er rigeligt, billigt element, og carbon nanorør har fremragende elektrisk ledningsevne og stærk optisk absorptionsevne. De fleste nuværende solceller bruger silicium, som omdanner 10 til 30 procent af det absorberede sollys til elektricitet. Dette er en god pris, men siliciumceller er dyre.

"Omkostningerne er på forhånd for siliciumceller, og prisen pr. kilowatt-time er fem gange mere, end du ville betale for kul over 20 år - det er ikke særlig motiverende for folk, " siger Arnold. Med kulstof nanorør, han håber at opnå en effektivitet sammenlignelig med siliciumsolceller til mindre omkostninger.

Arnold siger, at solenergi er en værdifuld energikilde, da solen udsender ca. 000 watt pr kvadratmeter. En solcelle, der kun er 20 procent effektiv, ville generere omkring 200 watt pr. kvadratmeter på en solskinsdag, så belægning af taget på et gennemsnitligt hus på 40 kvadratmeter med solceller ville gøre et markant indhug i husstandens gennemsnitlige energibehov. For at have en effekt på det nationale elnet, Arnold forestiller sig store felter af solceller bygget i ørkenområder.

"Solar er en levedygtig teknologi til at producere energi, " siger Arnold. "Det er bare for dyrt lige nu."

For at skabe de nye kulstof nanorør solceller, Arnold og hans elever dyrker nanorørstrukturer og adskiller derefter de nyttige halvledende nanorør fra uønskede metalliske. De adskiller også rørene efter diameter, som bestemmer et bestemt nanorørs båndgab, eller bølgelængde af lys, som røret kan absorbere. Visse båndgab er mere egnede end andre til at absorbere sollys.

Efter at have sorteret de nyttige nanorør, holdet pakker dem ind i en halvledende polymer for at gøre rørene opløselige. De forvandler de kombinerede nanorør og polymer til en opløsning, som kan sprøjtes i en tynd film på transparente indium-tin-oxid-belagte glasunderlag. Forskerne afsætter derefter en elektron-accepterende halvleder og en negativ elektrode oven på nanorørene for at fuldende hele cellen.

Ved at skabe de nye solceller, Arnold, som er finansieret af National Science Foundation, forsøger at besvare en række grundlæggende videnskabs- og forskningsspørgsmål. Han studerer, hvordan ladning genereres i nanorørene som reaktion på lys, og hvordan forskellige elektron-accepterende materialer påvirker effektiviteten og hastigheden af ​​adskillelsen af ​​denne ladning.

"Kørespørgsmålet er, kan vi forstå, hvordan man både behandler rørene for at få den morfologi, vi ønsker, og kan vi også lære, hvordan lys skaber ladninger i vores kulstofnanorørmaterialer, og hvordan disse ladninger adskilles?" siger han.

Leveret af University of Wisconsin-Madison (nyheder:web)