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阿贡国家实验室的科学家们筛选技术来制造太阳能电池

Published on November 10, 2009 at 5:43 PM

在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家们精致的技术来制造太阳能电池的半导体材料,然后直接在他们的“成长”聚合物创造管。该方法有可能要显着高于使用的过程中,使今天的商业太阳能电池便宜。

这台电脑产生的影像显示碳纳米管,比人的头发,其中包括在阿贡国家实验室的开发出一种新技术“成长”的太阳能电池的宽度小10000倍。

因为今天的新一代太阳能电池的生产成本,防止他们在经济上与化石燃料竞争,阿贡国家实验室的研究人员正在重新想象的太阳能电池的基本设计。目前,大多数的太阳能电池用晶体硅或碲化镉,但越来越高纯度晶体是能源和劳动力密集型,使细胞昂贵。

下一代,所谓的混合型太阳能电池,使用便宜的有机和无机材料的交融。为了有效地结合这些材料,阿贡国家实验室的研究人员创建了一个新的增长直接无机纳米管内有机聚合物的技术。

在最基本的层面上,太阳能电池技术依赖于一系列的进程启动时,光子,光粒子,取得半导体材料。当一个光子击中的细胞,它激发其初始状态的电子了,留下一个“空洞”的正电荷。

混合太阳能电池半导体材料包含两个不同的类型:一是进行电子,其他孔。在两个半导体之间的交界处,电子 - 空穴对获取拉开,创建一个电流。

在这项研究中,阿贡国家实验室的nanoscientist赛斯达林在阿贡国家实验室和芝加哥大学的同事们不得不重新思考,这两种材料的几何形状。如果被置于相距甚远的两个半导体,电子 - 空穴对在运输途中死亡。但是,如果他们过于紧密包装,分开收费,不会使它的细胞。

科学家们在设计一种替代,配对电子受体的二氧化钛(TiO2)与电子基共轭聚合物。

钛白粉容易形成微乎其微管只是几十纳米- 10,000倍,比人的头发。微小,均匀的碳纳米管行发芽跨越的钛膜,已淹没在电化学浴。

下一步需要研究人员,以填补碳纳米管与有机聚合物一个令人沮丧的过程。

“填充碳纳米管与聚合物,喜欢尝试的东西到一个表中充满了微小的孔湿面条,”达林说。 “聚合物两端弯曲和扭曲,从而导致效率低下,因为它的陷阱,空气袋,因为它去,因为扭曲的聚合物不进行收费,以及。

“此外,这种聚合物不喜欢钛白粉,”达林说。 “因此,远离接口时,它可以拉。”

试图回避这个问题,增长的直接管道内的聚合物的想法打的球队。他们充满了一种聚合物前体管,打开紫外线灯,并让管内生长的聚合物。

聚合物生长这种方式,不回避的二氧化钛。事实上,测试表明,这两种材料在分子水平上混合在一起,他们能够捕捉到在两种材料中的任何一个人迹罕至的波长的光。这种“自产自销”的方法是潜在的,远低于能源密集型的过程,在今天的太阳能电池使用的硅晶体生产昂贵。

这些设备的显着优于灌装前生长的聚合物纳米管,吸收太阳光的10倍左右的电力生产制造的。然而,用这种技术生产的太阳能电池,目前尚未利用阳光硅电池可以提供能源。达林希望进一步的实验将提高细胞的工作效率。

该文件题为“改进的混合太阳能电池原位紫外聚合通过”,发表在杂志上小,可在网上。

资助这项研究提供了由能源部基础能源科学办公室和国家科学基金会材料研究科学与工程研究中心在美国芝加哥大学。

Last Update: 3. October 2011 13:19

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