Nanorørselektroder forbedrer solceller, kunne give lave omkostninger, effektivt alternativ

Skove af kulstofnanorør er et effektivt alternativ til platinelektroder i farvefølsomme solceller (DSC), ifølge ny forskning fra samarbejdspartnere ved Rice University og Tsinghua University.

De enkeltvæggede nanorør-arrays, dyrket i en proces opfundet hos Rice, er både meget mere elektroaktive og potentielt billigere end platin, en almindelig katalysator i DSC'er, sagde Jun Lou, en materialeforsker hos Rice. I kombination med nyudviklede sulfidelektrolytter syntetiseret ved Tsinghua, de kan føre til mere effektive og robuste solceller til en brøkdel af de nuværende omkostninger for traditionelle siliciumbaserede solceller.

Lou og medlederforsker Hong Lin, en professor i materialevidenskab og teknik ved Tsinghua, detaljerede deres arbejde på nettet, Åben adgang Natur tidsskrift Videnskabelige rapporter denne uge.

DSC'er er lettere at fremstille end siliciumbaserede solcelle-fotovoltaiske celler, men ikke så effektive, sagde Lou, en adjunkt i maskinteknik og materialevidenskab. "DSC'er er sensibiliserede med farvestoffer, ideelt organiske farvestoffer som saften fra bær - som nogle studerende faktisk har brugt i demonstrationer. "

Farvestoffer absorberer fotoner fra sollys og genererer en ladning i form af elektroner, som først fanges af et halvledende titaniumoxidlag, der er afsat på en strømaftager, før de strømmer tilbage til modelektroden gennem en anden strømaftager. Der er gjort fremskridt i fremstillingen af ​​DSC'er, der inkorporerer en jod-baseret elektrolyt, men jod har en tendens til at korrodere metalliske strømaftagere, som "gør en udfordring for dets langsigtede pålidelighed, " sagde Lou.

Jodelektrolyt har også den uheldige tendens til at absorbere lys i de synlige bølgelængder, "hvilket betyder, at færre fotoner kan bruges, " sagde Lou.

Så Tsinghua forskere besluttede at prøve et ikke -ætsende, sulfid-baseret elektrolyt, der absorberer lidt synligt lys og fungerer godt sammen med de enkeltvæggede carbon nanorør-tæpper, der er skabt i Rice lab af Robert Hauge, en medforfatter af papiret og en fremtrædende fakultetsstipendiat i kemi ved Rices Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology.

"Dette er meget alsidige materialer, "Sagde Lou." Envæggede carbon-nanorør har eksisteret i Rice i meget lang tid, og folk har fundet mange forskellige måder at bruge dem på. Dette er en anden måde, der viser sig at være meget velafstemt med en sulfidbaseret elektrolyt i DSC-teknologi."

Både Rice og Tsinghua byggede arbejdende solceller, med lignende resultater. De var i stand til at opnå en effektkonverteringseffektivitet på 5,25 procent – ​​lavere end DSC-rekorden på 11 procent med jodelektrolytter og en platinelektrode, men betydeligt højere end en kontroltest, der kombinerede den nye elektrolyt med en traditionel platin -modelektrode. Modstanden mellem den nye elektrolyt og modelektrode er "den laveste, vi nogensinde har set, " sagde Lou.

Der er meget arbejde at gøre, imidlertid. "Carbon nanorør-til-strøm-samleren har stadig en ret stor kontaktmodstand, og virkningerne af strukturelle defekter i kulstofnanorør på deres tilsvarende katalytiske ydeevne er ikke fuldt ud forstået, men vi tror, ​​når vi optimerer alt, vi vil få en anstændig effektivitet og gøre det hele meget overkommeligt, " sagde Lou. "Den virkelige attraktion er, at det vil være et meget billigt alternativ til siliciumbaserede solceller."