Электроды из нанотрубок улучшат солнечные батареи

Согласно совместным исследованиям ученых университетов Райса (Хьюстон, штат Техас) и Цинхуа (Пекин, Китай), массив углеродных нанотрубок может стать эффективной альтернативой платиновым электродам в тонкопленочных солнечных батареях, сенсибилизированных красителями (dye-sensitized solar cells, DSC).

Вертикальный «лес» нанотрубок, выращенный на кремниевой подложке по разработанной в университете Райса технологии, не только гораздо электроактивнее платины, но и, потенциально, более дешев в изготовлении. В сочетании с новыми сульфидными электролитами, синтезированными специалистами Цинхуа, он может стать основой более универсальных и эффективных солнечных батарей, чем традиционные кремниевые.

В ячейках DSC для увеличения их чувствительности — сенсибилизации — применяются красители, как правило, органические, наподобие сока ягод. Красители поглощают фотоны из солнечного света и генерируют заряд в виде электронов. Они захватываются полупроводящим слоем оксида титана на коллекторе, диффундируют в анод и, через тыльный противоэлектрод из платины, возвращаются в электролит, из которого красители восполняют потерю электронов.

Применяемые обычно в DSC йодиновый электролит вызывает коррозию металлических электродов, к тому же он поглощает фотоны в видимом диапазоне, снижая эффективность работы ячейки. Поэтому, исследователи в Цинхуа применили некорродирующий состав электролита на полисульфидной основе.

На испытаниях опытные прототипы новых солнечных батарей, сконструированные в США и Китае, показали схожие результаты. Они достигли кпд преобразования солнечной энергии 5,25%. Это меньше, чем рекорд для йодинового электролита с платиновым электродом (11%), но значительно превосходит результат контрольного эксперимента, в котором платина применялась в сочетании с сульфидным решением.

Остается нерешенной проблема большого контактного сопротивления между углеродными нанотрубками и коллектором, также не полностью ясен механизм влияния структурных дефектов нанотрубок на их рабочие характеристики. Тем не менее, ученые рассчитывают в итоге добиться приемлемой эффективности от своей разработки, которая ввиду очень низкой себестоимости сможет составить серьезную конкуренцию традиционным солнечным батареям.

Проект осуществляется под эгидой Национальной программы высокотехнологичных исследования Китая, при поддержке фонда Уэлча и Инициативного факультетского фонда университета Райса. Информация опубликована в онлайновой версии Nature.

Процесс создания ячеек DSC: вертикальный массив одностенных нанотрубок прижимается к прозрачному проводящему стеклу, кремниевая подложка заменяется пористой пленкой диоксида титана с красителями, полость заполняется сульфидным электролитом

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365