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碳纳米管电极降低太阳能电池成本

发布时间:2018-08-05 19:30:22  来源:互联网   阅读:0

碳纳米管电极降低太阳能电池成本

碳纳米管森林可以有效替代铂(platinum)电极,用于染料敏化太阳能电池(DSC:dye-sensitized solar cells),这项新的研究是莱斯大学(Rice University)进行的。

这种单壁碳纳米管阵列的培育工艺是莱斯大学发明的,具有更大的电活性,而且比铂金更便宜,铂是常见的催化剂,用于染料敏化太阳能电池,娄军(Jun Lou)表示,他是莱斯大学的材料科学家。结合新开发的硫化电解质,他们可制成更有效率和更强大的太阳能电池,成本只有目前传统硅基太阳能电池的一小部分。

与娄军共同牵头的研究人员是材料科学与工程教授林红(Hong Lin),4月16日,他们详细介绍了他们的研究,发表在上开放阅读的《自然》杂志《科学报告》(Scientific Reports)上,题为《高电催化活性的垂直排列单壁碳纳米管用于硫化物氧化还原梭子》(High Electrocatalytic Activity of Vertically Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes towards Sulfide Redox Shuttles)。

染料敏化太阳能电池很容易制造,胜过硅基固态光伏电池,但效率不高,娄军说,他是机械工程和材料科学的助理教授。染料敏化太阳能电池的感光性来自染料,理想的有机染料就像浆果的果汁,实际上有些学生已经在演示中使用过。

染料吸收阳光中的光子,产生电荷,形式上就是电子,这些电子首先要捕捉到钛氧化物半导体层,这一层沉积在集电器上,然后流回相反电极,这要经过另一个集电器。进展已经取得,就是在制备染料敏化太阳能电池时,纳入碘基电解质,但碘会腐蚀金属集电器,这就提出一个挑战,会影响长期可靠性,娄军说。

莱斯大学开发的染料敏化太阳能电池,取代铂金,采用碳纳米管、碘电解质与硫化物电解质。研究人员希望,使染料敏化太阳能电池更好更便宜。

碘电解质也有不足的方面,就是吸收的光只有可见光波长,这意味着只可以利用较少的光子,娄军说。

因此,研究人员决定尝试一种非腐蚀性的硫化物电解液,因为很少吸收可见光,而且可以很好地适应单壁碳纳米管沉积层,这种沉积层是莱斯大学罗伯特豪格(Robert Hauge)实验室开发的,豪格是论文的共同作者,也是杰出化学教职研究员,就职于莱斯大学理查德E斯莫利纳米科学与技术研究所(Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology)。

这些都是用途很广的材料,娄军说。单壁碳纳米管在莱斯大学已经有很长一段时间,人们发现,它们有许多不同使用方式。这是另一种方式,确实可以很好地匹配硫化物电解质,用于染料敏化太阳能电池技术。

莱斯大学制成可用的太阳能电池,具有类似的结果。它们可达到5.25%的功率转换效率,低于染料敏化太阳能电池的纪录,就是11%,这要采用碘电解质和铂电极,但是,明显高于对照试验中结合采用的新电解质与传统铂反电极。娄军说,新电解质和反电极之间的电阻是我们见过的最低的,娄军说。

但是,还有很多工作要做。碳纳米管和集电器之间,仍然有相当大的接触电阻,而且,从效果上看,结构上有缺陷的碳纳米管

碳纳米管电极降低太阳能电池成本

,相应的催化性能还不完全清楚,但我们相信,一旦我们完成优化,就会取得理想的效率,使整个产品很实惠,娄军说。真正吸引人的是,它成本非常低,可替代硅太阳能电池。

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