Nano-boom ZnO Nanodraden Verhogen Efficiëntie van Dye-gesensitiseerde Zonnecellen

Onderzoekers van de Applied Nano Tech & Science Lab aan het Korea Advanced Institute of Science and Technology en de Laser Thermal Lab aan UC Berkeley hebben een nano-boom architectuur ontwikkeld die de prestaties van dye-gesensitiseerde zonnecellen (DSSCs) aanzienlijk verbetert.

Dye-gesensitiseerde Zonnecellen

Sinds de late jaren 1960 ontdekten wetenschappers dat organische kleurstoffen licht in elektriciteit kunnen omzetten wanneer gekoppeld met oxide elektroden. Dit principe werd voor het eerst gedemonstreerd in 1972 met chlorofyl geëxtraheerd uit spinazie, wat de basis legde voor DSSCs – dunne-film apparaten die een foto-gesensitiseerde anode combineren met een elektrolyt.

In een DSSC zijn de kleurstofmoleculen typisch nanometer-groot, toch is een voldoende dikke kleurstoflaag vereist om voldoende licht te vangen. Nanogestructureerde scaffolds bieden een hoge oppervlakte voor kleurstof lading zonder de device voetafdruk te compromitteren.

Belangrijkste Voordelen

DSSCs kunnen gefabriceerd worden via roll-printing, zijn semi-flexibel en semi-transparant, en vertrouwen op goedkope materialen. Hoewel hun conversie-efficiënten (≈ 11%) lager zijn dan conventionele silicium cellen (> 15%), maakt hun gunstige kosten-prestatie verhouding ze competitief met fossiele brandstof generatie.

Hydrothermale Nano-boom Synthese

Geïnspireerd op natuurlijke boomvertakking, gebruikte het team een hydrothermale methode gevolgd door polymer verwijdering en zaad depositie om zink-oxide (ZnO) nanodraden te laten groeien die miniatuur bomen nabootsen met uitgebreide takken.

Prestatie Winst

Apparaten gebouwd met deze vertakte ZnO nanodraden vertonen een kortsluitingsstroomdichtheid en algehele licht-naar-elektriciteit conversie-efficiëntie bijna vier keer hoger dan die met verticaal uitgelijnde ZnO nanodraden. De verbetering voortvloeit uit de verhoogde oppervlakte voor kleurstof lading en verbeterde lichtopbrengst, alsook gereduceerde lading recombinatie door directe geleiding langs de kristallijne takken.

Naast zonnecellen, belooft de hiërarchische nano-boom architectuur toepassingen in hoge-capaciteit energielopslag en efficiënte energieverbruik apparaten.