Kulstofprikker fra menneskehår booster solcellerne

QUT-forskere har brugt kulstofprikker, lavet af menneskehåraffald fra en Brisbane barbershop, at skabe en slags "panser" for at forbedre ydeevnen af ​​banebrydende solteknologi.

I en undersøgelse offentliggjort i Journal of Materials Chemistry A , forskerne ledet af professor Hongxia Wang i samarbejde med lektor Prashant Sonar fra QUT's Center for Materials Science viste, at kulstofnanodotter kunne bruges til at forbedre ydeevnen af ​​perovskites solceller.

Perovskites solceller, en relativt ny solcelleteknologi, ses som den bedste PV-kandidat til at levere lave omkostninger, højeffektiv solenergi i de kommende år. De har vist sig at være lige så effektive i effektkonverteringseffektivitet som de nuværende kommercielt tilgængelige monokrystallinske siliciumsolceller, men forhindringerne for forskere på dette område er at gøre teknologien billigere og mere stabil.

I modsætning til siliciumceller, de er lavet med en blanding, der er let at fremstille, og da de er fleksible, kan de bruges i scenarier såsom solcelledrevet tøj, rygsække, der oplader dine enheder på farten og endda telte, der kunne fungere som selvstændige strømkilder.

Dette er det andet store stykke forskning, der kommer som et resultat af et menneskehår afledt kulstofprikker som multifunktionelt materiale.

Sidste år, Lektor Prashant Sonar ledede et forskerhold, herunder Center for Materials Science-forsker Amandeep Singh Pannu, der forvandlede hårrester til kulstofnanodotter ved at nedbryde hårene og derefter brænde dem ved 240 grader celsius. I den undersøgelse forskerne viste, at kulstofprikkerne kunne omdannes til fleksible skærme, der kunne bruges i fremtidige smartenheder.

I denne nye undersøgelse, Professor Wangs forskerhold, herunder Dr. Ngoc Duy Pham, og hr. Pannu, arbejder med professor Prashant Sonars gruppe, brugte kulstofnanodotter på perovskit-solceller af nysgerrighed. Professor Wangs team havde tidligere fundet ud af, at nanostrukturerede kulstofmaterialer kunne bruges til at forbedre en celles ydeevne.

Efter at have tilføjet en opløsning af kulstofprikker i processen med at fremstille perovskitterne, Professor Wangs team fandt kulstofprikkerne, der danner et bølgelignende perovskitlag, hvor perovskitkrystallerne er omgivet af kulstofprikkerne.

"Det skaber en slags beskyttende lag, en slags rustning, " sagde professor Wang.

"Det beskytter perovskitmaterialet mod fugt eller andre miljøfaktorer, som kan forårsage skader på materialerne."

Undersøgelsen viste, at perovskit-solceller dækket med kulstofprikkerne havde en højere effektkonverteringseffektivitet og en større stabilitet end perovskitceller uden kulstofprikkerne.

Professor Wang har forsket i avancerede solceller i omkring 20 år, og arbejdet med perovskitceller siden de blev opfundet for omkring et årti siden, med det primære mål at udvikle omkostningseffektive, stabile fotovoltaiske materialer og enheder, at hjælpe med at løse energispørgsmålet i verden.

"Vores endelige mål er at gøre solenergi billigere, lettere at få adgang til, længere holdbarhed og for at gøre PV-enheder lette, fordi de nuværende solceller er meget tunge, " sagde professor Wang.

"De store udfordringer inden for perovskit-solceller er at løse enhedens stabilitet for at kunne fungere i 20 år eller længere og udviklingen af ​​en fremstillingsmetode, der er velegnet til produktion i stor skala.

"I øjeblikket, alle de rapporterede højtydende perovskite solceller er blevet fremstillet i et kontrolleret miljø med ekstremt lavt niveau af fugt og ilt, med et meget lille celleareal, som praktisk talt ikke er gennemførligt for kommercialisering.

"For at gøre teknologien kommercielt levedygtig, udfordringer for fremstilling af effektivt stort område, stabil, fleksibel, perovskite solpaneler til lave omkostninger skal overvindes.

"Dette kan kun opnås gennem en dyb forståelse af materialeegenskaberne i storskalaproduktion og under industrielt kompatible forhold."

Professor Wang er især interesseret i, hvordan perovskitceller i fremtiden kan bruges til at drive rumfartøjer.

Den Internationale Rumstation er drevet af fire solpaneler, som kan generere op til 120 kW elektricitet. Men en ulempe ved den nuværende teknologi til rum-PV'er er vægten af ​​nyttelasten for at få dem derhen.

Mens perovskit ville være meget lettere, en af ​​udfordringerne for forskere er at udvikle perovskitceller, der er i stand til at klare den ekstreme stråling og brede temperaturvariation i rummet - fra minus 185 grader til mere end 150 grader Celsius.

Professor Wang sagde, at løsningen kunne være ti år tilbage, men forskere fortsatte med at få større indsigt i området.

I øjeblikket samarbejder professor Wangs forskerhold med professor Dmitri Golberg i QUT Center for Materials Science for at forstå egenskaberne af perovskitmaterialer under ekstreme miljøforhold, såsom stærk bestråling af en elektronstråle og drastiske temperaturændringer.

"Jeg er ret optimistisk i betragtning af, hvor meget denne teknologi er blevet forbedret indtil videre, " sagde professor Wang.