Nanoteknik forbedrer ladningstransporten, lover mere effektive fremtidige solceller

(Phys.org) – Solceller baseret på halvledende kompositplast og kulstofnanorør er en af ​​de mest lovende nye teknologier til fremstilling af billige printede solceller. Fysikere ved Umeå Universitet har opdaget, at man kan reducere antallet af kulstof-nanorør i enheden med mere end 100 gange og samtidig bevare en exceptionel evne til at transportere afgifter. Dette opnås takket være smart nano-engineering af det aktive lag inde i enheden. Deres resultater offentliggøres som forsidenyheder i tidsskriftet Nanoskala .

Kulstof nanorør er mere og mere attraktive at bruge i solceller som erstatning for silicium. De kan blandes i en halvledende polymer, og deponeres fra opløsning ved enkle og billige metoder til at danne tynde og fleksible solceller. Hybridmaterialet er nemt at sprede ud over en stor overflade, og nanorørene har en enestående elektrisk ledningsevne, og de kan effektivt adskille og transportere elektriske ladninger genereret fra solenergi.

Tidligere i år, Dr. David Barbero og hans forskerhold ved Umeå Universitet, demonstrerede for første gang, at hvis kulstofnanorør er forbundet til hinanden på en kontrolleret måde for at danne komplekse netværk i nanostørrelse, man kan opnå væsentligt højere ladningstransport og el, end det tidligere havde været muligt ved brug af de samme materialer. Det betyder, at transporten af ​​elektriske ladninger sker med et meget lille energitab.

Tidligere undersøgelser har rapporteret, at der er en perkolationstærskel for mængden af ​​kulstofnanorør, der er nødvendige for effektivt at transportere elektriske ladninger i en enhed. Under denne tærskel, enheden bliver fuldstændig ineffektiv, og der kan ikke genereres strøm.

I denne nye undersøgelse, Dr. Barbero og hans team ved Umeå Universitet viser, at denne tærskel kan reduceres med mere end 100 gange i en halvledende polymer og stadig generere høje strømme og ladningstransport ved meget lave nanorørbelastninger, derved kraftigt reducere materialeomkostninger.

"Vores resultater er vigtige ud fra et grundlæggende synspunkt, men også af praktisk betydning. De rensede halvledende nanorør, som er nødvendige for højtydende enheder, er stadig ret dyre og tidskrævende at producere. Nu, nano-carbon enheder, såsom kulstof nanorør-baserede solceller, kan produceres med et meget mindre antal kulstofnanorør og dermed meget reducerede materialeomkostninger, " siger David Barbero.

De nye resultater forventes at fremskynde udviklingen af ​​næste generation af løsningsbehandlede tyndfilm nano-kulstofbaserede solceller, som både er mere effektive til at generere strøm og billigere at producere i forhold til nutidens solceller.