четверг, 1 ноября 2012 г.

Ученые построили первый All-Carbon солнечный элемент


Ученые Стэнфордского университета создали первый солнечный элемент, сделанный полностью из углерода, перспективная альтернатива дорогим материалам, используемых в фотоэлектрических устройствах сегодня.
Результаты исследования опубликованы 31 октября интернет-издание журнала ACS Nano.
"Углерод имеет потенциал, обеспечивающий высокую производительность при низкой стоимости", сказал главный автор исследования Zhenan Bao, профессор химической инженерии в Стэнфорде. "Насколько нам известно, это первая демонстрация рабочего солнечного элемента, который имеет все компоненты, сделанные из углерода. Данное исследование основывается на предыдущей работе, проделанной в нашей лаборатории».
В отличие от жестких кремниевых солнечных панелей, которые украшают многие крыши, тонк-пленочный прототип Стэнфорда изготовлен из углеродных материалов. "Возможно, в будущем мы сможем посмотреть на альтернативные рынки, где гибкие углеродные солнечных элементы наносят на поверхность здания, на окна или на машины для выработки электроэнергии," сказал Zhenan Bao.
"Обработка на основе кремния солнечных элементов требует много шагов", объяснил Michael Vosgueritchian, соавтор работы. "Все нашы устройства можут быть построены с использованием простых методов покрытия, которые не требуют дорогостоящих инструментов и машин".

Углеродные наноматериалы
Группа Zhenan Bao экспериментальных солнечных элементов состоит из светочувствительного слоя, который поглощает солнечный свет и зажимается между двумя электродами. В типичном тонкопленочном солнечном элементе, электроды изготовлены из проводящего металла и оксида индия и олова (ITO). "Таких материалов, как индий мало, и становится все более дорогим, поскольку спрос на солнечные батареи, панели с сенсорным экраном и другие электронные устройства растет," сказал Zhenan Bao. "Углерод, с другой стороны, находится в больших количествах на земле и стоит намного дешевле".
Для исследования Bao и ее коллеги заменили серебро и ITO, используемые в обычных электродах, графеном - листом углерода толщиной в один атом и одностенными углеродными нанотрубками, которые в 10000 раз уже человеческого волоса. "Углеродные нанотрубки имеют экстраординарную электропроводность и свойства поглощения света".
Для активного слоя ученые использовали материал, изготовленный из углеродных нанотрубок и "фуллерены" - футбольный мяч формы углеродных молекул только одного нанометра в диаметре. Исследовательская группа недавно подала заявку на патент для всего устройства.
Одним из недостатков All-Carbon прототипа является то, что в первую очередь поглощается ближний инфракрасный диапазон света, что показывает эффективность элемента в условиях лаборатории менее 1% - значительно ниже, чем коммерчески доступные солнечные батареи. "Мы четко должны пройти долгий путь по эффективности", сказал Zhenan Bao. "Но с лучшими материалами и лучшими методами обработки, мы ожидаем, что эффективность будет расти довольно резко."
Повышение эффективности
Команда Стэнфордского университета смотрит на различные способы повышения эффективности. "Шероховатость может приводить к короткому замыканию устройства и будет трудно собрать ток," сказал Zhenan Bao. "Мы должны выяснить, как сделать каждый слой очень гладким, складывая наноматериалы очень хорошо."
Ученые также экспериментируют с углеродным наноматериалами, которые могут поглощать больше света в широком диапазоне длин волн, включая видимый спектр.
"Материалы из углерода очень надежны". "Они остаются стабильными в температуре воздуха около 1100 градусов по Фаренгейту".
"Мы считаем, что All-Carbon солнечные батареи могут быть использованы в экстремальных условиях, например, при высокой температуре или при высоких физических нагрузках", сказал он. "Но очевидно, что мы хотим получить высокую эффективность солнечных элементов и работаем над тем, чтобы улучшить наши устройства".
"Фотогальваника, безусловно, будет очень важным источником силы, что мы будем задействовать в будущем". "У нас есть много доступных солнечных лучей. Нам надо выяснить, каким образом использовать этот природный ресурс, который дан нам".

Комментариев нет:

Отправить комментарий

каталог сайтів Украина онлайн