En første:Forskere kvantificerer fotstrømstab i partikelgrænseflade

Med en voksende global befolkning vil øget energiforbrug, og bæredygtige former for energikilder som solbrændstoffer og solenergi vil være i endnu større efterspørgsel. Og efterhånden som disse former for magt formerer sig, fokus vil skifte til forbedret effektivitet.

Fotoelektroder og solceller såsom solpaneler har ofte tynde film af silicium eller andet nanostruktureret halvledermateriale, og disse strukturer omfatter nanopartikler, gennem hvilke strømmen fra sollys skal passere. Mens nanopartikelsammensætningen giver mange fordele, herunder store overflade / volumenforhold, det har en væsentlig ulempe.

Elektrisk strøm, der passerer fra en partikel til en anden, oplever et effekttab; hvis strømmen passerer gennem nok af disse partikel-partikel-grænseflader, det samlede tab kunne gøre enheden ubrugelig. Men ingen har været i stand til at bestemme, hvor meget strøm der går tabt, når strømmen går fra en nanopartikel til en anden - indtil nu.

En gruppe ledet af Peng Chen, Peter J.W. Debye professor i Institut for Kemi og Kemisk Biologi på Cornell, har fastslået, at fotostrømning mister cirka 20 procent af sin strøm, når den passerer gennem grænsefladen. Dermed, gruppen oplyste, strøm, der passerer gennem 11 sådanne grænseflader, ville blive reduceret til kun 10 procent af dens oprindelige effekt.

"Vi mener, at dette vil give et benchmark for folk, der bruger nanomaterialer til at designe disse typer enheder, "sagde Chen, seniorforfatter til "Kvantificering af fotostrøm tab af et enkelt partikel-partikel-interface i nanostrukturerede fotoelektroder."

Rapporten blev offentliggjort 7. januar i Nano bogstaver , en publikation fra American Chemical Society. Andre forfattere inkluderede tidligere postdoktorer Mahdi Hesari og Justin Sambur, nuværende postdoc Xianwen Mao og Won Jung, Ph.d. '18, alle fra Chen -gruppen.

For at udføre denne eksperimentelle beregning, Peng og hans gruppe brugte en mikrofluid celle, med tre elektroder i en vandig elektrolytopløsning. En af elektroderne var fremstillet af strimler af indiumtinoxid (ITO); på eller i nærheden af ​​det blev anbragt nanoroder af titaniumoxid, hvis fotoelektrokemiske egenskaber gruppen allerede havde undersøgt.

Gruppen eksperimenterede med flere forskellige partikelkonfigurationer, og fokuserede en laserstråle på et sted enten lige efter (Type-A-pletter) eller lige før (Type-B-pletter) grænsefladen, hvor to nanoroder rørte hinanden. Laseren, der ramte Type-B-pletterne, sendte den fotoelektriske ladning gennem partikel-partikelgrænsefladen.

Ved at tage snesevis af målinger af begge typer fotoelektrokemisk adfærd, gruppen observerede effekttab i gennemsnit omkring 20 procent.

Selvom Chen og hans gruppe nu er kommet frem til et solidt tal til beregning af effekttab i nanomaterialer, de har stadig ikke styr på, hvorfor dette sker. De har udelukket faktorer, der er afhængige af strømmen.

"Vi forstår stadig ikke den underliggende molekylære mekanisme, der fører til dette tab på 20 procent, "sagde han." Dette er noget, vi planlægger at forfølge i fremtiden, og det vil kræve, at vi i det væsentlige aktivt manipulerer grænsefladen, manipulere den kemiske karakter af grænsefladen, og genopfør vores målinger. "