211service.com
Levné nano solární články
Vědci z University of Notre Dame v Indianě prokázali způsob, jak výrazně zlepšit účinnost solárních článků vyrobených za použití levných, snadno dostupných materiálů, včetně chemikálie běžně používané v barvách.
Úniková cesta: Elektrony vytvořené v solárním článku na bázi nanočástic musí k dosažení elektrody sledovat kruhovou cestu (červená čára). Mnozí to nedokážou, což snižuje účinnost těchto buněk. Vědci z Notre Dame použili uhlíkové nanotrubice, aby pomohly elektronům dostat se k elektrodě, čímž zlepšili účinnost.
Vědci přidali jednostěnné uhlíkové nanotrubice do filmu vyrobeného z nanočástic oxidu titaničitého, čímž zdvojnásobili účinnost přeměny ultrafialového světla na elektrony ve srovnání s výkonem samotných nanočástic. Solární články by mohly být použity k výrobě vodíku pro palivové články přímo z vody nebo k výrobě elektřiny. Oxid titaničitý je hlavní složkou bílé barvy.
Tento přístup vyvinutý profesorem chemie a biochemie Notre Dame Prashant Kamat a jeho kolegů se zabývá jedním z nejvýznamnějších omezení solárních článků založených na nanočásticích. (Viz Silicon and Sun.) Takové buňky jsou přitažlivé, protože nanočástice mají velký potenciál absorbovat světlo a generovat elektrony. Doposud však byla účinnost skutečných zařízení vyrobených z takových nanočástic podstatně nižší než účinnost konvenčních křemíkových solárních článků. Je to z velké části proto, že se ukázalo, že je obtížné využít elektrony, které se generují, k vytvoření proudu.
Bez uhlíkových nanotrubic musí elektrony generované při pohlcování světla částicemi oxidu titaničitého přeskakovat z částice na částici, aby dosáhly elektrody. Mnozí se nikdy nepodaří vytvořit elektrický proud. Uhlíkové nanotrubice shromažďují elektrony a poskytují přímější cestu k elektrodě, což zlepšuje účinnost solárních článků.
Jak psali online v deníku Nano dopisy Vědci z Notre Dame vytvořili na elektrodě rohož z uhlíkových nanotrubic. Nanotrubice slouží jako lešení, na kterém se ukládají částice oxidu titanu. Toto je velmi jednoduchý přístup, jak vnést řád do neuspořádané struktury, říká Kamat.
Nový systém uhlíkových nanotrubic a nanočástic zatím není praktickým solárním článkem. To proto, že oxid titaničitý absorbuje pouze ultrafialové světlo; většina viditelného spektra světla se spíše odráží než absorbuje. Vědci však již prokázali způsoby, jak upravit nanočástice tak, aby absorbovaly viditelné spektrum. V jedné strategii se na nanočástice oxidu titaničitého aplikuje vrstva barviva absorbujícího světlo o tloušťce jedné molekuly. Dalším přístupem, který byl experimentálně demonstrován Kamatem, je potažení nanočástic kvantovými tečkami – drobnými polovodičovými krystaly. Na rozdíl od konvenčních materiálů, ve kterých jeden foton generuje pouze jeden elektron, mají kvantové tečky potenciál přeměnit vysokoenergetické fotony na více elektronů.
Několik dalších skupin zkoumá přístupy ke zlepšení shromažďování elektronů v buňce, včetně vytváření nanotrubic z oxidu titaničitého nebo složitých větvících struktur vyrobených z různých polovodičů. Odborníci však tvrdí, že Kamatova práce by mohla být významným krokem při vytváření levnějších a účinnějších solárních článků. To je velmi důležitá práce, říká Gerald Meyer, profesor chemie na Johns Hopkins University. Použití uhlíkových nanotrubiček jako vedení pro elektrony z oxidu titaničitého je nová myšlenka a toto je krásný experiment, který dokazuje princip.