Forskning giver lovende gennembrud i solceller baseret på nanocarbon

(Phys.org) - Et spændende fremskridt inden for solcelleteknologi udviklet ved University of Kansas har produceret verdens mest effektive fotovoltaiske celler fremstillet af nanocarboner, materialer, der har potentiale til dramatisk at sænke omkostningerne ved PV -teknologi i fremtiden.

"Vi brød faktisk PV-effektivitetsrekorden med alle kulstof, "sagde Shenqiang Ren, adjunkt i kemi ved KU, der stod i spidsen for forskningen sammen med kolleger fra Massachusetts Institute of Technology. "Carbon nanorørbaserede solceller, i fortiden, i gennemsnit mindre end 1 procent i effektivitet. Selvom disse materialer viser et så stort potentiale, der er så mange problemer. Men vi henvender os til dem. Så nu, vores effektivitet er steget til 1,3 procent. Det når ikke det kommercielle effektivitetsniveau, men vi arbejder stadig på det, prøver at optimere det, forsøger at få bedre effektivitet ud af det. "

For at være kommercielt levedygtig, Ren sagde, at et solcellepanel skal krydse en effektivitetsgrænse på 10 procent - hvilket betyder, at det skal skjule en tiendedel af solens inputenergi til solcelleudgangseffekt. Dagens kommercielt tilgængelige silikone PV -paneler er 17 til 22 procent effektive, men de kommer med en meget høj pris.

KU -forskeren sagde, at PV -paneler fremstillet af carbon nanomateriale kunne fremme solteknologi, fordi de er lavet af billige, let at få og miljømæssigt bæredygtige kulstofmaterialer, har høj optisk absorption og meget bedre fotostabilitet - hvilket betyder, at deres ydeevne ikke forringes efter udsættelse for sollys.

"I vores forskning, vi bruger carbon buckyballs, carbon nanorør og et grafenderivat, "sagde Ren." Nanocarbonmaterialerne viser bemærkelsesværdig fotostabilitet uden traditionel emballage, der kræves i organiske solceller. Vi sammenlignede faktisk to typer solceller i laboratoriet. Vi havde en standard organisk solcelle, og så lavede vi nøjagtig den samme solcelle med alle kulstof. Derefter, vi sammenlignede fotodegradering uden nogen beskyttende emballage. Det organiske nedbrydes så hurtigt, at efter 100 timer var den organiske solcelle slet ikke funktionel, men solcellen med hele kulstof fungerede rigtig godt. "

Mens effektivitetsgraden på 1,3 procent for Rens nanocarbon PV -celler ikke opfylder nutidens kommercielt tilgængelige solteknologi, den teoretiske grænse for alle-carbon PV-celler er 13 procent. Hvis Ren og hans kolleger kan opnå i den virkelige verden, hvad de teoretiserer er muligt ved hjælp af nanocarbon, teknologien ville trives på markedet og kunne have en bredere indvirkning på teknologi ud over solenergi.

"Vores mål er at komme videre med denne præstation, og i mellemtiden vil vi bedre forstå exciton -dynamikken og ladningsoverførsel, "sagde Ren." Dette kulstofmateriale er meget nyt for fotofysik, og en PV-celle er blot en af ​​nye applikationer fra alle-carbon-rammerne. Det kunne åbne op for en helt ny carbon optoelektronik. For eksempel, vi kunne bruge dette carbon til fotodetektor eller en sensor. Når vi først tager fat på disse grundlæggende problemer, der er et helt nyt felt, der kan åbnes ved denne opdagelse. "

Kansas NSF EPSCoR, Institut for Energi, Center for miljøvenlig katalyse og KU's New Faculty General Research Fund Program støttede Ren -gruppens forskning på KU. Derudover Ren krediterer KU's "Sustaining the Planet, Tvinger verden til initiativ med at bringe ham til universitetet.

Rens fund vises i 9. oktober -udgaven af ACS Nano.