Nanoröhrchen-Solarzellen verbessern die Effizienz 10 Mal

Nanoröhrchen-Solarzellen verbessern die Effizienz 10 Mal

Nanotechnologie scheint viel zur Verbesserung der Solarzellen beizutragen. Neuere Forschungen in der Solarzellen-Technologie zeigen, dass ein Film aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen zwei der normalerweise in einer Solarzelle verwendeten Schichten mit verbesserter Leistung und reduzierten Kosten ersetzen kann. Es gibt eine überraschende Art und Weise, in der die Forscher herausgefunden haben, dass sie den Nanoröhrchen die Eigenschaften verleihen, die sie brauchen: fügen Sie ihnen einige Impfergebnisse hinzu.

Die aktuellen Solarzellen (auch farbstoffsensibilisierte Solarzellen genannt) haben eine oxiddurchlässige Folie, die auf Glas aufgebracht ist. Dieser farbstoffsensibilisierte transparente Film leitet Elektrizität. Ein weiterer separater Film aus Platin wirkt zudem als Katalysator, um die bei der Stromerzeugung auftretenden chemischen Reaktionen zu beschleunigen. Die Oxidfilme haben den Nachteil, dass sie nicht einfach auf flexible Materialien aufgebracht werden können: Sie arbeiten viel besser auf einem starren und hitzebeständigen Substrat wie Glas. Dies erhöht die Produktionskosten und begrenzt die Arten von Produkten, auf die die Solarzellen aufgebracht werden können. Der zweite Nachteil besteht darin, dass eine teure Ausrüstung notwendig ist, um die Platinfilme zu erzeugen.

Jessika Trancik vom Santa Fe Institute, Scott Calabrese Barton von der Michigan State University und James Hone von der Columbia University entschieden sich für Nanotechnologie bei der Herstellung neuer Solarzellen. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die sie verwenden, bilden eine einzige Schicht, die sowohl die Oxid- als auch die Platinschicht erfüllt. Die Kohlenstoff-Nanoröhren müssen drei Eigenschaften aufweisen: transparent sein, Elektrizität leiten und Katalysator der Elektrizität erzeugenden Reaktion sein.

Normale Kohlenstoff-Nanoröhren-Filme haben diese Eigenschaften, aber nicht genug von jedem. Die Art, eine zu verbessern, opfert jedoch eine der anderen. Wenn Sie zum Beispiel den Film dicker machen, ist er ein besserer Katalysator, aber dann ist er weniger transparent.

Die frühere Theorie hatte vorgeschlagen, dass Materialien als Katalysatoren besser funktionieren könnten, wenn sie winzige Defekte, Verunreinigungen, aufweisen, die Stellen zur Anbringung von Chemikalien bereitstellen. Die Forscher versuchten dann, die Kohlenstoff-Nanoröhren dem Ozon auszusetzen, was sie ein bisschen aufrauht. Sehr dünne Filme, fanden sie, wurden dramatisch bessere Katalysatoren mit mehr als zehnfacher Verbesserung. Tatsächlich kommt die Leistung der verunreinigten Nanoröhren der von Platin nahe. "Das ist bemerkenswert", sagt Trancik, "denn Platin gilt als der beste Katalysator überhaupt."

Um den Kompromiss zwischen Transparenz und Leitfähigkeit zu überwinden, versuchten die Forscher einen weiteren Trick auf einer unteren Schicht von Röhren: Sie erzeugten längere Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Dies verbesserte sowohl die Leitfähigkeit als auch die Transparenz.

Die Kohlenstoff-Nanoröhren-Filme können auch in Brennstoffzellen und Batterien verwendet werden.

"Diese Studie ist ein Beispiel für die Verwendung der Nanostrukturierung von Materialien - sie ändert Dinge wie Defektdichte und Röhrenlänge in sehr kleinen Maßstäben - um Kompromisse zwischen Materialeigenschaften zu verschieben und mehr Leistung aus einem gegebenen Material zu erhalten", sagt Trancik. "Es ist entscheidend, dass preiswerte Materialien sich auf fortschrittliche Art und Weise verhalten, um kohlenstoffarme Emissionen und kostengünstige Energietechnologien zu erreichen."

Die Verunreinigung von Materialien ist keine neue Idee: In der Halbleiterindustrie werden sie beispielsweise seit Jahrzehnten durch Verunreinigung hergestellt. Ohne sie hätten wir keine Laptops, Radios, Telefone, nicht einmal elektronische Handuhren.

Also "Oldies but Goldies" gilt auch in der Elektronik ...

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