Farve-sensibiliserede solceller med carbon nanorør gennemsigtige elektroder giver betydelige omkostningsbesparelser

Solenergi er en af ​​de mest lovende former for vedvarende energi, men de høje omkostninger ved konventionelle solceller har indtil videre begrænset dens popularitet. For at øge solenergiens konkurrenceevne, forskere har vendt sig mod udviklingen af ​​farvefølsomme solceller - solceller, der bruger billige organiske farvestoffer og titaniumdioxid (TiO2) nanopartikler i stedet for dyre halvledere og sjældne jordarters elementer til at absorbere sollys. Zhaohong Huang ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og kolleger har nu reduceret omkostningerne ved farvefølsomme solceller yderligere ved at erstatte indiumtinoxid (ITO) - standardmaterialet til gennemsigtige elektroder - med kulstofnanorør.

En typisk farvefølsom solcelle omfatter et porøst lag af TiO2 nanopartikler nedsænket i et organisk farvestof. Farvestoffet absorberer sollys og omdanner energien til elektricitet, som strømmer ind i TiO2 nanopartiklerne. Den solvendte side af solcellen er normalt dækket af en gennemsigtig elektrode, der fører ladningsbærerne væk fra TiO2 og ud af solcellen. "Desværre, ITO-elektroder er skøre og revner let, " siger Huang. "De er også dyre og kan pådrage sig op til 60 % af de samlede omkostninger ved den farvefølsomme solcelle."

Huang og hans team erstattede derfor ITO-elektroden med en tynd film af kulstofnanorør. Carbon nanorør leder elektricitet og er næsten gennemsigtige, fleksibel og stærk, hvilket gør dem til det ideelle materiale til gennemsigtige elektroder. Den eneste ulempe er, at fotogenererede ladningsbærere i nanorøret kan rekombinere med ioner i farvestoffet, hvilket reducerer solcellens effektkonverteringseffektivitet.

For at overvinde dette problem, Huang og hans team placerede en tynd TiO2-film mellem den tynde kulstofnanorørsfilm og det porøse lag. De fandt ud af, at ydeevnen af ​​farvesensibiliserede solceller med TiO2 tynd film var signifikant bedre end dem uden. Imidlertid, de fandt også ud af, at solkonverteringseffektiviteten af ​​deres nye farvefølsomme solceller kun var 1,8 %, hvilket er lavere end for konventionelle solceller, der anvender ITO-elektroder. Dette skyldes de højere elektriske modstande og reduceret optisk gennemsigtighed af kulstofnanorørfilmene, hvilket begrænser mængden af ​​sollys, der kommer ind i cellen.

"Vi studerer nu forskellige måder at forbedre ledningsevnen og gennemsigtigheden af ​​filmene, " siger Huang. "Desuden Vi planlægger at udskifte den nederste platinelektrode med en tynd film af nanorør i kulstof for at reducere omkostningerne ved farvesensibiliserede solceller yderligere."

Hvis det lykkes, resultaterne kan have stor indflydelse på omkostningerne og stabiliteten af ​​farvefølsomme solceller.