Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Argonne Forskere Presiser Technique å produsere solceller

Published on November 10, 2009 at 5:43 PM

Forskere ved US Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory har utviklet en teknikk for å produsere solceller ved å lage rør av halvledende materiale og så "vokser" polymerer direkte inni dem. Metoden har potensial til å være betydelig billigere enn den prosessen som brukes for å gjøre dagens kommersielle solceller.

Dette datagenererte bildet viser nanorør, 10.000 ganger mindre enn bredden på et menneskehår, som omfatter en ny teknikk utviklet ved Argonne for "voksende" solceller.

Fordi produksjonskostnadene for dagens generasjon av solceller hindre dem fra å konkurrere økonomisk med fossilt brensel, er Argonne forskere jobber med å gjenskape solcellen grunnleggende design. Mest aktuell solceller bruk krystallinsk silisium eller kadmium Telluride, men vokser en høy renhet krystall er energi-og arbeidskrevende, noe som gjør cellene dyrt.

Den neste generasjonen, kalt hybrid solceller, bruker en blanding av billigere organiske og uorganiske materialer. Å kombinere disse materialene effektivt, skapte Argonne forskere en ny teknikk for å vokse organiske polymerer direkte inne uorganisk nanorør.

På sitt mest grunnleggende nivå, avhengig solcelle-teknologi på en rekke prosesser i gang når fotoner eller partikler av lys, streik halvledende materiale. Når et foton treffer celle, begeistrer det ett elektron ut av sin opprinnelige stand, etterlater et "hull" av positive ladningen.

Hybrid solceller inneholder to separate typer av halvledende materiale: ett gjennomfører elektroner, de andre hullene. I krysset mellom de to halvledere, får elektron-hull par dratt fra hverandre, og skaper en strøm.

I studien, hadde Argonne nanoscientist Seth Darling og kolleger ved Argonne og University of Chicago å revurdere geometrien av de to materialene. Hvis de to halvledere er plassert for langt fra hverandre, vil elektron-hull par dø i transitt. Men hvis de er pakket for tett, vil den separerte kostnadene ikke gjør det ut av cellen.

I utforme et alternativ, forskere sammen et elektron-donere konjugert polymer med elektron akseptor titandioksid (TiO2).

Titandioksid former lett ørsmå rør bare titalls nanometer på tvers-10, 000 ganger mindre enn et menneskehår. Rader av små, uniform nanorør spire over en film av titan som er nedsenket i en elektrokjemisk bad.

Det neste trinnet kreves for forskerne å fylle nanorør med organisk polymer-en frustrerende prosess.

"Fylling nanorør med polymer er som å prøve å stappe våt spaghetti inn i en tabell full av små hull," Darling sa. "The polymer ender opp bøying og vridning, noe som fører til ineffektivitet både fordi den feller lommer av luft som det går og fordi vridd polymerer ikke drive kostnader i tillegg.

"I tillegg vil dette polymer ikke som titandioksid," Darling lagt. "Så det trekker bort fra grensesnittet når den kan."

Prøver å omgå dette problemet, teamet traff på ideen om voksende polymer direkte på innsiden av rørene. De fylte rørene med en polymer forløper, slått på ultrafiolett lys, og la polymerer vokse innenfor rørene.

Grown denne måten, gjør polymer ikke viker unna de TiO2. Faktisk, tester foreslår de to materialene faktisk mingle på molekylært nivå, sammen er de i stand til å fange lyset på bølgelengder utilgjengelige for en av de to materialene alene. Denne "hjemmelaget" metoden er potensielt mye billigere enn den energikrevende prosess som produserer silisium krystaller som brukes i dagens solceller.

Disse enhetene dramatisk utkonkurrere de fabrikkert ved å fylle nanorør med pre-vokst polymer, og produserer omtrent 10 ganger mer strøm fra absorbert sollys. Den solceller produsert av denne teknikken, men ikke i dag sele så mye av den tilgjengelige energien fra sollyset som silisium celler kan. Darling håper at videre forsøk vil forbedre cellenes effektivitet.

Papiret, med tittelen "Bedre Hybrid Solar Cells via in situ UV polymerisering", ble publisert i tidsskriftet Small og er tilgjengelig online.

Finansiering for denne forskningen ble gitt av Department of Energy Office of Basic Energy Sciences og ved NSF-Materials Research Science and Engineering Center ved University of Chicago.

Last Update: 19. October 2011 10:56

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