Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Argonne Forskere Avanceret teknik til at fremstille solceller

Published on November 10, 2009 at 5:43 PM

Forskere ved det amerikanske Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory har forfinet en teknik til at fremstille solceller ved at skabe rør af halvledende materiale og derefter "voksende" polymerer direkte inde i dem. Metoden har potentiale til at være væsentligt billigere end den proces, der anvendes til at gøre nutidens kommercielle solceller.

Denne computer-genereret billede viser nanorør, 10.000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår, som omfatter en ny teknik udviklet på Argonne for "voksende" solceller.

Da produktionsomkostningerne for nutidens generation af solceller forhindre dem i at konkurrere økonomisk med fossile brændstoffer, er Argonne forskere arbejder på at re-tænke solcellen grundlæggende design. De fleste nuværende solceller brug krystallinsk silicium eller cadmium Telluride, men voksende en høj renhed krystal er energi-og arbejdskrævende, hvilket gør cellerne dyrt.

Den næste generation, kaldet hybrid solceller, bruger en blanding af billigere organiske og uorganiske materialer. At kombinere disse materialer effektivt, Argonne forskere skabt en ny teknik til at vokse organisk polymerer direkte i uorganisk nanorør.

I sin mest grundlæggende niveau, afhængig solcelle-teknologi på en række af processer indledes, når fotoner eller partikler af lys, strejke halvledende materiale. Når en foton rammer cellen, det ophidser en elektron ud af sin oprindelige tilstand, efterlader et "hul" af positiv ladning.

Hybrid solceller indeholder to forskellige typer af halvledermateriale: en fører elektroner, den anden huller. Ved krydset mellem de to halvledere, får elektron-hul par trækkes fra hinanden, hvilket skaber en strøm.

I undersøgelsen, havde Argonne nanoforsker Seth Darling og kolleger ved Argonne og University of Chicago til at genoverveje geometrien af ​​de to materialer. Hvis de to halvledere er placeret for langt fra hinanden, vil de elektron-hul par dør i transit. Men hvis de er pakket for tæt, vil den adskilte gebyrer ikke gøre det ud af cellen.

Ved udformningen af ​​et alternativ, parret forskerne en elektron-donerer konjugeret polymer med elektron acceptor titanium dioxid (TiO2).

Titandioxid danner let miniscule rør blot ti nanometer tværs-10, 000 gange mindre end et menneskehår. Rækker af små, ensartede nanorør spire på tværs af en film af titanium, som har været nedsænket i en elektrokemisk bad.

Det næste skridt skal forskerne til at fylde nanorør med den økologiske polymer-en frustrerende proces.

"Påfyldning nanorør med polymer er som at forsøge at proppe våde spaghetti i et bord fyldt med bittesmå huller," Darling sagde. "Den polymer ender bøjninger og drejninger, som fører til ineffektivitet, både fordi det fælder luftlommer, som det går, og fordi snoede polymerer ikke foretager afgifter så godt.

"Hertil kommer, at denne polymer ikke som titanium dioxid," Darling tilføjet. "Så det trækker sig væk fra grænsefladen, når det kan."

Forsøger at omgå dette problem, holdet hit på idéen om at dyrke polymer direkte inde i rørene. De fyldte rør med en polymer forløber, tændt ultraviolet lys, og lad polymerer vokse inden i rørene.

Grown på denne måde, gør polymeren ikke vige tilbage fra TiO2. Faktisk tyder undersøgelser de to materialer, der faktisk blander på det molekylære niveau, sammen de er i stand til at fange lys ved bølgelængder utilgængelig for nogen af ​​de to materialer alene. Denne "hjemmelavet" metode er potentielt meget billigere end den energi-intensive proces, der producerer silicium krystaller, der anvendes i dagens solceller.

Disse enheder markant bedre end dem, der fremstilles ved at fylde nanorør med pre-dyrket polymer, der producerer omkring 10 gange mere elektricitet fra absorberet sollys. De solceller fremstillet af denne teknik, dog ikke i øjeblikket at udnytte så meget af den tilgængelige energi fra sol, da silicium celler kan. Darling håber, at yderligere forsøg vil forbedre cellernes effektivitet.

Papiret, med titlen "Bedre hybrid solceller via in situ UV polymerisation", blev offentliggjort i tidsskriftet Small og er tilgængelig online.

Finansieringen af ​​denne forskning blev indsendt af Department of Energy Office of Basic Energy Sciences og af NSF-Materialeforskning Science and Engineering Center på University of Chicago.

Last Update: 22. October 2011 04:36

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit