(PhysOrg.com) -- Een nieuwe alternatieve energietechnologie is gebaseerd op het element dat het meest wordt geassocieerd met klimaatverandering:koolstof.

Onderzoekers van de University of Wisconsin-Madison bestuderen hoe ze goedkope, efficiënte zonnecellen uit koolstofnanobuisjes, dat zijn vellen koolstof die in naadloze cilinders zijn gerold met een diameter van één nanometer. Veel onderzoekers bestuderen het gebruik van nanobuisjes voor mechanische en elektronische toepassingen, maar materiaalwetenschap en engineering assistent-professor Michael Arnold is een van de eersten die ze toepast op zonne-energie.

"We ontwikkelen nieuwe materialen en methoden om schaalbare, goedkoop, stabiele en efficiënte fotovoltaïsche zonneceltechnologieën, Arnold zegt. "Halfgeleidende koolstofnanobuizen hebben opmerkelijke elektronische en optische eigenschappen die bij uitstek geschikt zijn voor fotovoltaïsche, dus ze zijn een interessant startpunt."

Koolstof is een veelbelovende keuze voor zonnecellen omdat het een overvloedige, goedkoop onderdeel, en koolstofnanobuizen hebben een uitstekende elektrische geleidbaarheid en een sterk optisch absorptievermogen. De meeste huidige zonnecellen gebruiken silicium, die 10 tot 30 procent van het geabsorbeerde zonlicht omzet in elektriciteit. Dit is een goed tarief, maar siliciumcellen zijn duur.

"De kosten zijn vooraf voor siliciumcellen, en de kosten per kilowattuur zijn vijf keer meer dan je zou betalen voor steenkool over 20 jaar - dat is niet erg motiverend voor mensen, " zegt Arnold. Met koolstofnanobuisjes, hij hoopt tegen lagere kosten een efficiëntie te bereiken die vergelijkbaar is met die van siliciumzonnecellen.

Arnold zegt dat zonne-energie een waardevolle energiebron is, aangezien de zon ongeveer 1, 000 watt per vierkante meter. Een zonnecel die slechts 20 procent efficiënt is, zou op een zonnige dag ongeveer 200 watt per vierkante meter genereren. dus het dak van een gemiddeld huis van 40 vierkante meter met zonnecellen bedekken, zou een aanzienlijke deuk in de gemiddelde energiebehoefte van het huishouden betekenen. Om effect te hebben op het landelijke elektriciteitsnet, Arnold stelt zich uitgestrekte velden met zonnecellen voor die in woestijngebieden zijn gebouwd.

"Zonne-energie is een levensvatbare technologie voor het produceren van energie, "zegt Arnold. "Het is nu gewoon te duur."

Om de nieuwe koolstof nanobuis zonnecellen te maken, Arnold en zijn studenten kweken nanobuisstructuren en scheiden vervolgens de bruikbare halfgeleidende nanobuisjes van ongewenste metalen. Ze scheiden de buizen ook op diameter, die de bandgap van een bepaalde nanobuis bepaalt, of golflengte van het licht dat de buis kan absorberen. Bepaalde bandgaps zijn meer geschikt dan andere voor het absorberen van zonlicht.

Na het uitzoeken van de bruikbare nanobuisjes, het team wikkelt ze in een halfgeleidend polymeer om de buizen oplosbaar te maken. Ze veranderen de gecombineerde nanobuisjes en het polymeer in een oplossing, die in een dunne film op transparante met indium-tin-oxide gecoate glassubstraten kan worden gespoten. De onderzoekers deponeren vervolgens een elektronenaccepterende halfgeleider en een negatieve elektrode bovenop de nanobuisjes om de hele cel te voltooien.

Bij het maken van de nieuwe zonnecellen, Arnoldus, die wordt gefinancierd door de National Science Foundation, probeert een verscheidenheid aan fundamentele wetenschappelijke en onderzoeksvragen te beantwoorden. Hij bestudeert hoe lading in de nanobuisjes wordt gegenereerd als reactie op licht en hoe verschillende elektronenaccepterende materialen de efficiëntie en snelheid van de scheiding van die lading beïnvloeden.

"De drijvende vraag is, kunnen we begrijpen hoe we beide buizen kunnen verwerken om de morfologie te krijgen die we willen, en kunnen we ook leren hoe licht ladingen creëert in onze koolstofnanobuisjes en hoe deze ladingen van elkaar scheiden?" zegt hij.

Aangeboden door University of Wisconsin-Madison (nieuws:web)