Nanobomen voor kleurstofgevoelige zonnecellen

Onderzoekers van het Applied Nano Tech &Science Lab van het Korea Advanced Institute of Science and Technology, en het Laser Thermal Lab bij UC Berkeley, VS, hebben de handen ineengeslagen om de efficiëntie van kleurstofgevoelige zonnecellen te verbeteren.Kleurstofgevoelige zonnecellen Eind jaren zestig werd ontdekt dat verlichte organische kleurstoffen elektriciteit kunnen opwekken bij oxide-elektroden in elektrochemische cellen. In een poging om de primaire processen in fotosynthese te begrijpen en te simuleren, werd het fenomeen bestudeerd aan de University of California in Berkeley met chlorofyl geëxtraheerd uit spinazie (bio-mimetische of bionische benadering). Op basis van dergelijke experimenten werd in 1972 elektrische energieopwekking via het kleurstofsensibilisatiezonnecel (DSSC)-principe gedemonstreerd. gesensibiliseerde anode en een elektrolyt, een foto-elektrochemisch systeem. De kleurstofmoleculen die erin zijn verwerkt, zijn van nanometerformaat, maar om een ​​redelijke hoeveelheid van het invallende licht op te vangen, moet de laag kleurstofmoleculen vrij dik worden gemaakt, veel dikker dan de moleculen zelf. Om dit probleem aan te pakken, wordt een nanomateriaal gebruikt als een scaffold om grote aantallen kleurstofmoleculen in een 3D-matrix te houden, waardoor het aantal moleculen voor een bepaald celoppervlak toeneemt.Kenmerken De DSSC heeft een aantal aantrekkelijke eigenschappen; het is eenvoudig te maken met behulp van conventionele afdruktechnieken op rol, is semi-flexibel en semi-transparant, wat een verscheidenheid aan toepassingen biedt die niet van toepassing zijn op op glas gebaseerde systemen, en de meeste gebruikte materialen zijn goedkoop. Hoewel de conversie-efficiëntie lager is dan die van de beste dunnefilmcellen, zou de prijs/prestatieverhouding in theorie goed genoeg moeten zijn om ze in staat te stellen te concurreren met de opwekking van fossiele brandstoffen. Momenteel kunnen kleurstofgevoelige cellen ongeveer 11% bereiken, terwijl de normale traditionele siliciumcel meer dan 15% is.Vertakkingstechniek In de natuur hebben bomen hiërarchische vertakkingen van meerdere generaties om de vangst van zonlicht te maximaliseren. Geïnspireerd door dit feit hebben de onderzoekers een eenvoudige hydrothermische benadering ontwikkeld in combinatie met polymeerverwijdering en zaadafzetting voor de synthese van ZnO-nanodraden (NW's) die leken op kleine bomen met lange takken om efficiënte kleurstofgevoelige zonnecellen te ontwikkelen. Principe De onderzoekers beweren dat de kortsluitstroomdichtheid en de algehele lichtconversie-efficiëntie bijna vier keer hoger zijn dan kleurstofgevoelige zonnecellen die zijn vervaardigd met vertakte ZnO NW's in vergelijking met apparaten op basis van verticaal gegroeide ZnO NW's. De efficiëntieverhoging is te wijten aan de toename van het oppervlak voor hogere kleurstoflading en lichtopbrengst en ook aan verminderde ladingsrecombinatie door directe geleiding langs de kristallijne ZnO-takken. De hiërarchische nanoboomstructuren zullen ook nuttig zijn voor energieopslag met hoge capaciteit en apparaten met een hoog energieverbruik.