Лес углеродных нанотрубок является эффективной альтернативой платиновым электродам в солнечных элементах, сенсибилизированных красителем (DSC), согласно новому исследованию, проведенному сотрудниками Университета Райса и Университета Цинхуа.
Массивы одностенных нанотрубок, выращенные в процессе, изобретенном в Райсе, являются гораздо более электроактивными и потенциально более дешевыми, чем платина, распространенный катализатор в ДСК, сказал Джун Лу, материаловед из Райса. В сочетании с недавно разработанными сульфидными электролитами, синтезированными в Цинхуа, они могут привести к созданию более эффективных и надежных солнечных элементов за долю от текущих затрат на традиционные солнечные элементы на основе кремния.
Лу и один из ведущих исследователей Хонг Лин, профессор материаловедения и инженерии в Цинхуа, подробно рассказали о своей работе в открытом онлайн-журнале Nature Scientific Reports на этой неделе.
DSC легче производить, чем твердотельные фотоэлектрические элементы на основе кремния, но они не так эффективны, сказал Лу, профессор машиностроения и материаловедения. «ДСК сенсибилизированы красителями, в идеале органическими красителями, такими как соки из ягод, которые некоторые студенты фактически использовали в демонстрациях».
Красители поглощают фотоны солнечного света и генерируют заряд в виде электронов, которые сначала захватываются полупроводниковым слоем оксида титана, нанесенным на токосъемник, а затем возвращаются к противоэлектроду через другой токосъемник. Был достигнут прогресс в производстве DSC, которые включают электролит на основе йода, но йод имеет тенденцию вызывать коррозию металлических токосъемников, что «ставит проблему для его долговременной надежности», сказал Лу.
Йодный электролит также имеет неприятную тенденцию поглощать свет в видимой области спектра, «что означает, что можно использовать меньше фотонов», - сказал Лу.
Итак, исследователи Цинхуа решили попробовать неагрессивный электролит на основе сульфидов, который поглощает мало видимого света и хорошо работает с однослойными коврами из углеродных нанотрубок, созданными в лаборатории Райса Робертом Хауге, соавтором статьи. и выдающийся сотрудник факультета химии в Институте наноразмерных наук и технологий Ричарда Э. Смолли Райса.
«Это очень универсальные материалы», - сказал Лу. «Одностенные углеродные нанотрубки используются в Райсе уже очень давно, и люди нашли много разных способов их использования. Это еще один способ, который оказывается очень хорошо подходящим для электролита на основе сульфидов в технологии ДСК.."
И Райс, и Цинхуа построили работающие солнечные батареи с аналогичными результатами. Им удалось достичь эффективности преобразования энергии в 5,25 процента, что ниже рекорда DSC в 11 процентов с йодистым электролитом и платиновым электродом, но значительно выше контроля, в котором новый электролит комбинировался с традиционным платиновым противоэлектродом. Сопротивление между новым электролитом и противоэлектродом «самое низкое, что мы когда-либо видели», - сказал Лу.
Однако предстоит еще много работы. «Углеродная нанотрубка-токосъемник по-прежнему имеет довольно большое контактное сопротивление, и влияние структурных дефектов в углеродных нанотрубках на их соответствующие характеристики до конца не изучено, но мы верим, что как только мы все оптимизируем, мы получим достойную эффективность. и сделать все это очень доступным», - сказал Лу. «Настоящая привлекательность заключается в том, что это будет очень дешевая альтернатива солнечным элементам на основе кремния».
Пей Донг, аспирант лаборатории Лу, и Фэн Хао, аспирант Цинхуа, являются ведущими авторами статьи. В число соавторов входят аспиранты Райс Цзин Чжан и Филип Лойя, Юнчан Чжан из Цинхуа и профессор Цзяньбао Ли из Хайнаньского университета, Китай.
Проект был поддержан Национальной программой исследований и разработок в области высоких технологий Китая, Фондом Уэлча и Инициативным фондом преподавателей в Райсе.