(PhysOrg.com) -- Halfgeleidende nanostaafjes van Titania die op het oppervlak van koolstofvezels zijn gegroeid, lijken meer op borstelharen op een kleine haarborstel dan op een zonnecel, maar de nieuwe configuratie zou verschillende voordelen kunnen hebben ten opzichte van conventionele platte zonnecellen. Bijvoorbeeld, de flexibele buisvormige cellen kunnen licht uit alle richtingen opvangen en hebben zelfs het potentieel om in kleding en papier te worden geweven voor nieuwe toepassingen. Maar in het huidige stadium van ontwikkeling, onderzoekers proberen een eenvoudige, goedkope methode voor het vervaardigen van hoogwaardige buisvormige zonnecellen.

Een team van onderzoekers van het Georgia Institute of Technology in Atlanta, Georgië, en de Universiteit van Xiamen in Xiamen, China, hebben onlangs een nieuwe methode ontwikkeld voor het bereiden van uniform titaandioxide (TiO ₂ ) nanostaafjes op koolstofvezels. De nieuwe methode heeft voordelen ten opzichte van de veelgebruikte sol-gel methode, die hoge temperaturen vereist en scheuren in de materialen kan veroorzaken. De nieuwe studie is gepubliceerd in een recent nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"Dit werk demonstreert een innovatieve methode voor het kweken van gebundelde TiO ₂ nanostaafjes op flexibele substraten die kunnen worden toegepast op flexibele apparaten voor het oogsten en opslaan van energie, ” vertelde co-auteur Wenxi Guo van het Georgia Institute of Technology en Xiamen University: PhysOrg.com .

Het fabriceren van buisachtige zonnecellen is een uitdaging vanwege de meerdere stappen die ermee gemoeid zijn, waaronder het transformeren van pure Ti-folie in TiO ₂ nanostaafjes, het coaten van koolstofvezels met de nanostaafjes, en het uniform rangschikken van de nanostaafjes op de vezels. Zoals de onderzoekers uitleggen, een ideale oplossing voor het bereiden van TiO ₂ nanostructuren op koolstofvezels is om ze direct op het oppervlak van de vezel te laten groeien. Ze deden dit hier met behulp van een "oplossen en groeien" -methode voor het transformeren van Ti in verticaal uitgelijnde eenkristal TiO ₂ nanostaafjes op koolstofvezels.

Vervolgens, in een poging om de prestaties van het apparaat verder te verbeteren, de onderzoekers gebruikten een "etch and grow" -methode om de nanostaafjes in rechthoekige gebundelde arrays te etsen met behulp van een hydrothermische behandeling met zoutzuur.

Na het assembleren van de met nanostaafjes bedekte koolstofvezels als fotoanodes in buisvormige kleurstofgevoelige zonnecellen (DSSC's), de onderzoekers testten de prestaties van de zonnecellen experimenteel. De resultaten toonden aan dat de rechthoekige gebundelde nanostaafconfiguratie een energieconversie-efficiëntie van 1,28% behaalde, vergeleken met 0,76% voor de ongebundelde configuratie. De onderzoekers schrijven het verschil toe aan het grotere oppervlak van de gebundelde nanostaafjes, waardoor meer kleurstofmoleculen kunnen worden geadsorbeerd, wat resulteert in meer elektronenexcitaties.

Het grote oppervlak geeft de buisvormige zonnecellen het vermogen om licht uit alle richtingen op te vangen, wat ze aantrekkelijk zou kunnen maken voor toepassingen onder intensief geforceerd zonlicht. Naast zonnecellen, de methode voor het kweken van TiO ₂ nanodraden op koolstofvezels kunnen worden uitgebreid tot het maken van fotokatalysatoren en lithium-ionbatterijen. Maar misschien is de meest unieke toepassing het weven ervan tot stoffen.

“In de toekomst we kunnen koolstofvezels of andere koolstofmaterialen introduceren als de tegenelektroden voor deze configuratie, ’ zei Guo. “In dit geval we kunnen DSSC's fabriceren alleen op basis van koolstofmaterialen en TiO ₂ die veelbelovend zijn voor toepassingen in stof en papier. We zijn misschien ook van plan om wat hybride werk te doen om verschillende energiebronnen te verwerven op basis van deze configuratie. ”

Copyright 2012 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.