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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

アルゴンヌ国立研究所の科学者は太陽電池を製造する技術を改良する

Published on November 10, 2009 at 5:43 PM

エネルギー省(DOE)アルゴンヌ国立研究所米国エネルギー省の科学者は、半導体材料として直接内部にポリマーを"成長"のチューブを作成することにより、太陽電池を製造する技術を洗練している。方法は、今日の商業太陽電池を作るために使用されるプロセスより大幅に安くなる可能性を秘めています。

このコンピュータで生成された画像は、太陽電池を"成長"のためにアルゴンヌ国立研究所で開発された新しい技術を構成する人間の髪の毛の幅よりも10,000倍も小さいナノチューブを示しています。

太陽電池の現在の世代の生産コストは化石燃料を経済的に競合するからそれらを防ぐため、アルゴンヌ国立研究所の研究者が再想像太陽電池の基本設計に取り組んでいます。ほとんどの現在の太陽電池は結晶シリコンやテルル化カドミウムを使用していますが、高純度の結晶を成長する細胞は高価なこと、エネルギーと労働集約的である。

ハイブリッド太陽電池と呼ばれる次の世代には、安価な有機材料と無機材料のブレンドを使用しています。効果的にこれらの材料を結合するには、アルゴンヌ国立研究所の研究者が直接無機ナノチューブの内部に有機ポリマーを成長させる新しい手法を作成した。

最も基本的なレベルでは、太陽電池技術は、光子、または光の粒子は、半導体材料を叩いたときに開始された一連のプロセスに依存しています。光子がセルに当たったとき、それは正電荷の"穴"を残し、その初期状態の1電子を励起する。

ハイブリッド太陽電池は半導体材料の2つの別々の種類が含まれています:一つは、電子、他の穴を行っています。 2つの半導体間の接合部で、電子 - 正孔対は、現在の作成、離れて引っ張られる。

研究では、アルゴンヌnanoscientistセスダーリンとアルゴンヌ国立研究所とシカゴ大学の同僚は、2つの材料の形状を再考しなければならなかった。 2つの半導体があまりにも遠く離れて配置されている場合、電子 - 正孔ペアが輸送中に死んでしまう。しかし、彼らはあまりにも密集している場合、分離された電荷は、セルからそれをすることはありません。

代替の設計においては、科学者は電子受容体の二酸化チタン(酸化チタン)と電子供与性共役高分子を組み合わせました。

二酸化チタンは容易に非常に小さいチューブを形成している人間の髪の毛よりも000倍も小さいナノメートルにわたって- 10、のちょうど数十。小さい、均一なナノチューブの行は、電気化学槽に浸漬されているチタンの膜を越えて芽。

次のステップは、有機ポリマー、もどかしいプロセスでナノチューブを埋めるための研究が必要。

"ポリマーとカーボンナノチューブを充填すると小さな穴の完全なテーブルにぬれたスパゲッティを詰め込むことを試みることのようである、"ダーリンは言った。 "ポリマーは、最大効率の悪さにつながる、曲げやねじり終了の両方のためには、トラップの空気のポケットを通過する度にとツイストポリマーも同様に電荷を行っていないので。

"さらに、このポリマーは、二​​酸化チタンを好きではない、"ダーリンは付け加えた。 "可能であればいつでもだから、離れて、インターフェイスから引っ張る。"

この問題を回避するためにしようと、チームが直接チューブの内部にポリマーを成長させるという考えにヒット。彼らは、紫外線をオンに、ポリマー前駆体と管を埋め、そしてポリマーは管の中で成長しましょう​​。

この方法で栽培、ポリマーは酸化チタンを敬遠していません。実際には、テストでは、二つの材料が実際に分子レベルでの交流を示唆し、一緒に彼らは単独で2つの材料のいずれかにアクセスできない波長の光を捕捉することができます。この"国産"の方法は、潜在的にはるかに安価、今日の太陽電池に使用されるシリコン結晶を生成するエネルギー集約的なプロセスよりです。

これらのデバイスは、劇的に吸収日光から約10倍の電力を生産する、事前に自社開発のポリマーとカーボンナノチューブを充填して作製それらを上回る性能を発揮。この手法によって生成される太陽電池は、しかし、現在はシリコンの細胞は、できるだけ日光から入手可能なエネルギーの多くを活用していない。ダーリンは、さらなる実験が細胞の効率を向上させることを期待している。

"その場UV重合における経由して改良されたハイブリッド太陽電池"と題する論文は、、小誌に掲載し、オンラインで入手可能ですされました。

この研究のための資金は基礎エネルギー科学のエネルギーのオフィスの部門によって、シカゴ大学でNSF -材料研究科学工学センターによって提供されていました。

Last Update: 10. October 2011 02:34

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