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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy
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Argonne Wissenschaftler verfeinern Technik zur Herstellung von Solarzellen

Published on November 10, 2009 at 5:43 PM

Wissenschaftler des US Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory haben eine Technik, um Solarzellen, indem sie Rohre aus Halbleitermaterial und dann "wächst" Polymere direkt in ihrer Herstellung verfeinert. Die Methode hat das Potenzial, deutlich billiger als der Prozess zur heutigen kommerziellen Solarzellen.

Diese computer-generierte Bild zeigt Nanoröhren, 10.000-mal kleiner als die Breite eines menschlichen Haares, die eine neue Technik am Argonne für "wachsende" Solarzellen entwickelt umfassen.

Da die Produktionskosten der heutigen Generation von Solarzellen verhindern, dass sie im Wettbewerb wirtschaftlich mit fossilen Brennstoffen sind Argonne-Forscher arbeiten daran, wieder vorstellen, dass die Solarzelle grundlegende Design. Die meisten aktuellen Solarzellen Verwendung kristalliner Silizium oder Cadmium-Tellurid, aber wachsende eine hochreine Kristall ist energie-und arbeitsintensiv, dass die Zellen teuer.

Die nächste Generation, sogenannte Hybrid-Solarzellen, verwendet eine Mischung aus billiger organischen und anorganischen Materialien. So kombinieren Sie diese Materialien effektiv erstellt Argonne-Forscher eine neue Technik, um organische Polymere direkt in anorganische Nanoröhren wachsen.

Auf der elementarsten Ebene, setzt Solarzellen-Technologie auf eine Reihe von Prozessen eingeleitet, wenn Photonen oder Lichtteilchen, Streik Halbleitermaterial. Wenn ein Photon die Zelle trifft, erregt es ein Elektron aus seiner ursprünglichen Zustand und hinterlässt ein "Loch" an positiver Ladung.

Hybrid-Solarzellen enthalten zwei verschiedene Arten von halbleitenden Material: eine führt Elektronen, die andere Löcher. An der Kreuzung zwischen den beiden Halbleiter, wird das Elektron-Loch-Paar auseinander gezogen Erstellung einer aktuellen.

In der Studie hatten Argonne Nanowissenschaftler Seth Darling und Kollegen am Argonne und der University of Chicago, um die Geometrie der beiden Materialien zu überdenken. Wenn die beiden Halbleiter zu weit auseinander stehen, wird das Elektron-Loch-Paar auf der Durchreise zu sterben. Allerdings, wenn sie zu eng sind gepackt, die getrennten Ladungen nicht machen es aus der Zelle.

Bei der Gestaltung einer alternativen, Wissenschaftler ein Elektron-Donor-konjugierten Polymer mit dem Elektronenakzeptor Titandioxid (TiO2) gepaart.

Titandioxid bildet leicht winzigen Röhren nur zehn Nanometern über-10, 000-mal kleiner als ein menschliches Haar. Reihen von kleinen, einheitlichen Nanoröhren wachsen über einen Film aus Titan, die in einem elektrochemischen Bad untergetaucht worden ist.

Der nächste Schritt erforderte die Forscher die Nanoröhrchen mit dem organischen Polymer-ein frustrierender Prozess zu füllen.

"Filling-Nanoröhren mit Polymeren ist wie der Versuch, nassen Spaghetti in eine Tabelle voll von kleinen Löchern stuff," Darling sagte. "Das Polymer landet Bücken und Drehen, was zu Ineffizienzen führt sowohl weil es Fallen Lufteinschlüsse, wie es geht und weil twisted Polymere leiten nicht Gebühren sowie.

"Darüber hinaus dieses Polymer nicht wie Titandioxid," Darling aufgenommen. "So zieht es weg von der Oberfläche, wann immer es kann."

Der Versuch, dieses Problem zu umgehen, das Team auf die Idee der wachsenden Polymer direkt im Inneren der Rohre getroffen. Sie füllten die Rohre mit einem Polymervorstufe, drehte sich auf ultraviolettes Licht und lassen die Polymere wachsen innerhalb der Rohre.

Grown diese Weise wird das Polymer nicht scheuen, die TiO2. In der Tat deuten Tests der beiden Materialien tatsächlich mischen sich auf molekularer Ebene; zusammen sind sie in der Lage, Licht mit Wellenlängen unzugänglich einem der beiden Materialien allein zu erfassen. Dieser "homegrown"-Methode ist potentiell viel weniger teuer als die Energie-intensiver Prozess ist, dass die Silizium-Kristalle in der heutigen Solarzellen verwendet produziert.

Diese Geräte dramatisch besser abschneiden als andere, indem die Nanoröhren mit pre-grown-Polymer, die rund 10-mal mehr Strom aus Sonnenlicht absorbiert hergestellt. Die Solarzellen mit dieser Technik hergestellt, jedoch derzeit nicht nutzbar, wie viel der verfügbaren Energie aus Sonnenlicht als Siliziumzellen können. Liebling hofft, dass weitere Experimente sollen die Zellen zu verbessern.

Das Papier mit dem Titel "Verbesserte Hybrid Solar Cells via in situ UV-Polymerisation", wurde in der Zeitschrift Small veröffentlicht und ist online verfügbar.

Die Finanzierung dieser Forschung wurde durch das Department of Energy Office of Basic Energy Sciences und von der NSF-Materials Research Science and Engineering Center an der University of Chicago zur Verfügung gestellt.

Last Update: 24. October 2011 08:34

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