Nye kulstoffilm forbedrer mulighederne for solenergienheder

Ny forskning fra Yale University-forskere hjælper med at bane vejen for den næste generation af solceller, en vedvarende energiteknologi, der direkte omdanner solenergi til elektricitet.

I et par nyere aviser, Yale-ingeniører rapporterer om en ny og omkostningseffektiv måde at forbedre effektiviteten af ​​krystallinske siliciumsolceller gennem anvendelse af tynde, glatte kulstof nanorørfilm. Disse film kan bruges til at producere hybride carbon/silicium solceller med langt større effektkonverteringseffektivitet end rapporteret i dette system til dato.

"Vores tilgang bygger bro mellem omkostningseffektiviteten og fremragende elektriske og optiske egenskaber ved nye nanomaterialer med veletablerede, højeffektive silicium solcelle teknologier, " sagde André D. Taylor, assisterende professor i kemi- og miljøteknik ved Yale og en hovedforsker af forskningen.

Forskerne rapporterede deres arbejde i to artikler offentliggjort i december, en i journalen Energi- og miljøvidenskab og en i Nano bogstaver . Mark A. Reed, en professor i elektroteknik og anvendt fysik ved Yale, er også hovedefterforsker.

Silicium, et rigeligt element, er et ideelt materiale til solceller, fordi dets optiske egenskaber gør det til en iboende effektiv energiomformer. Men de høje omkostninger ved at behandle enkeltkrystallinsk silicium ved nødvendigvis høje temperaturer har hindret udbredt kommercialisering.

Organiske solceller - et eksisterende alternativ til dyre krystallinske siliciumsolceller - muliggør enklere, stuetemperaturbehandling og lavere omkostninger, forskere sagde, men de har lav effektkonverteringseffektivitet.

I stedet for kun at bruge økologiske erstatninger, Yale-holdet anvendte tyndt, glatte kulstof nanorørfilm med overlegen ledningsevne og optiske egenskaber til overfladen af ​​enkeltkrystallinsk silicium for at skabe en hybrid solcellearkitektur. At gøre det, de udviklede en metode kaldet superacid sliding.

Som rapporteret i aviserne, tilgangen giver dem mulighed for at drage fordel af de ønskelige fotovoltaiske egenskaber ved enkeltkrystallinsk silicium gennem en enklere, lav temperatur, lavere omkostningsproces. Det giver mulighed for både høj lysabsorption og høj elektrisk ledningsevne.

"Dette er slående, da det antyder, at de overlegne fotovoltaiske egenskaber ved enkeltkrystallinsk silicium kan realiseres ved en simpel, lav temperatur proces, " sagde Xiaokai Li, en ph.d.-studerende i Taylors laboratorium og en hovedforfatter på begge papirer. "Hemmeligheden ligger i arrangementet og samlingen af ​​disse carbon nanorør tynde film, "

I tidligere arbejde, Yale videnskabsmand udviklede med succes en carbon nanorør komposit tynd film, der kunne bruges i brændselsceller og lithium ion batterier. Den seneste forskning foreslår, hvordan man kan udvide filmens anvendelse til solceller ved at optimere dens glathed og holdbarhed.

"Optimering af denne grænseflade kan også tjene som en platform for mange næste generations solcelle-enheder, inklusive carbon nanorør/polymer, kulstof/polymer, og alle kulstofsolceller, " sagde Yeonwoong (Eric) Jung, en postdoc-forsker i Reeds laboratorium og også en hovedforfatter af artiklerne.