211service.com
Tanie nanoogniwa słoneczne
Naukowcy z University of Notre Dame w stanie Indiana wykazali sposób na znaczną poprawę wydajności ogniw słonecznych wykonanych z tanich, łatwo dostępnych materiałów, w tym substancji chemicznej powszechnie stosowanej w farbach.
Droga ucieczki: Elektrony wytworzone w ogniwie słonecznym opartym na nanocząsteczkach muszą podążać ścieżką okrężną (czerwona linia), aby dotrzeć do elektrody. Wielu się nie udaje, obniżając wydajność tych ogniw. Naukowcy z Notre Dame wykorzystali nanorurki węglowe, aby pomóc elektronom dotrzeć do elektrody, poprawiając wydajność.
Naukowcy dodali jednościenne nanorurki węglowe do folii wykonanej z nanocząstek dwutlenku tytanu, podwajając wydajność przekształcania światła ultrafioletowego w elektrony w porównaniu z wydajnością samych nanocząstek. Ogniwa słoneczne można wykorzystać do wytwarzania wodoru do ogniw paliwowych bezpośrednio z wody lub do produkcji energii elektrycznej. Tlenek tytanu jest głównym składnikiem białej farby.
Podejście opracowane przez profesora chemii i biochemii Notre Dame Prashant Kamat i jego koledzy zajmują się jednym z najważniejszych ograniczeń ogniw słonecznych opartych na nanocząsteczkach. (Patrz Krzem i Słońce.) Takie komórki są atrakcyjne, ponieważ nanocząstki mają ogromny potencjał do pochłaniania światła i generowania elektronów. Jednak dotychczas sprawność rzeczywistych urządzeń wykonanych z takich nanocząstek była znacznie niższa niż w przypadku konwencjonalnych krzemowych ogniw słonecznych. Dzieje się tak głównie dlatego, że okiełznanie generowanych elektronów w celu wytworzenia prądu okazało się trudne.
Rzeczywiście, bez nanorurek węglowych elektrony generowane podczas pochłaniania światła przez cząstki tlenku tytanu muszą przeskakiwać z cząstki na cząstkę, aby dotrzeć do elektrody. Wielu nigdy nie udaje się wytworzyć prądu elektrycznego. Nanorurki węglowe zbierają elektrony i zapewniają bardziej bezpośrednią drogę do elektrody, poprawiając wydajność ogniw słonecznych.
Jak pisali online w dzienniku Litery nano , naukowcy z Notre Dame tworzą na elektrodzie matę z nanorurek węglowych. Nanorurki służą jako rusztowanie, na którym osadzają się cząstki tlenku tytanu. To bardzo proste podejście do zaprowadzenia porządku w nieuporządkowanej strukturze, mówi Kamat.
Nowy system nanorurek węglowych i nanocząstek nie jest jeszcze praktycznym ogniwem słonecznym. Dzieje się tak, ponieważ tlenek tytanu pochłania tylko światło ultrafioletowe; większość widzialnego widma światła jest odbijana, a nie pochłaniana. Ale naukowcy już zademonstrowali sposoby modyfikowania nanocząstek w celu pochłaniania widma widzialnego. W jednej ze strategii na nanocząstki dwutlenku tytanu nakłada się warstwę barwnika absorbującego światło o grubości jednej cząsteczki. Innym podejściem, które zostało eksperymentalnie zademonstrowane przez firmę Kamat, jest powlekanie nanocząstek kropkami kwantowymi – maleńkimi kryształami półprzewodnikowymi. W przeciwieństwie do konwencjonalnych materiałów, w których jeden foton generuje tylko jeden elektron, kropki kwantowe mają potencjał do przekształcania fotonów o wysokiej energii w wiele elektronów.
Kilka innych grup bada metody poprawy gromadzenia elektronów w komórce, w tym tworzenia nanorurek z tlenku tytanu lub złożonych struktur rozgałęziających wykonanych z różnych półprzewodników. Eksperci twierdzą jednak, że prace Kamata mogą być znaczącym krokiem w tworzeniu tańszych, wydajniejszych ogniw słonecznych. To bardzo ważna praca, mówi Gerald Meyer, profesor chemii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa. Wykorzystanie nanorurek węglowych jako kanału dla elektronów z tlenku tytanu to nowatorski pomysł, a to piękny eksperyment potwierdzający słuszność zasad.