Nieuw onderzoek door wetenschappers van Yale University helpt de weg vrij te maken voor de volgende generatie zonnecellen, een technologie voor hernieuwbare energie die zonne-energie direct omzet in elektriciteit.

In een paar recente kranten, Yale-ingenieurs rapporteren een nieuwe en kosteneffectieve manier om de efficiëntie van kristallijne siliciumzonnecellen te verbeteren door de toepassing van dunne, gladde koolstof nanobuis films. Deze films zouden kunnen worden gebruikt om hybride koolstof/silicium-zonnecellen te produceren met een veel grotere energieconversie-efficiëntie dan tot nu toe in dit systeem is gerapporteerd.

"Onze aanpak overbrugt de kosteneffectiviteit en uitstekende elektrische en optische eigenschappen van nieuwe nanomaterialen met gevestigde, hoogrenderende silicium zonneceltechnologieën, " zei André D. Taylor, assistent-professor chemische en milieutechniek aan Yale en een hoofdonderzoeker van het onderzoek.

De onderzoekers rapporteerden hun werk in twee papers die in december werden gepubliceerd, een in het journaal Energie- en milieuwetenschappen en een in Nano-letters . Mark A. Reed, hoogleraar elektrotechniek en toegepaste natuurkunde aan Yale, is tevens hoofdonderzoeker.

Silicium, een overvloedig element, is een ideaal materiaal voor zonnecellen omdat het door zijn optische eigenschappen een intrinsiek efficiënte energieomzetter is. Maar de hoge kosten van het verwerken van monokristallijn silicium bij noodzakelijkerwijs hoge temperaturen hebben wijdverbreide commercialisering belemmerd.

Organische zonnecellen, een bestaand alternatief voor dure kristallijne siliciumzonnecellen, maken eenvoudiger, verwerking op kamertemperatuur en lagere kosten, onderzoekers zeiden, maar ze hebben een lage energieconversie-efficiëntie.

In plaats van alleen biologische vervangers te gebruiken, het Yale-team bracht dun aan, gladde koolstof nanobuisfilms met superieure geleiding en optische eigenschappen op het oppervlak van monokristallijn silicium om een ​​hybride zonnecelarchitectuur te creëren. Om het te doen, ze ontwikkelden een methode genaamd superzuur glijden.

Zoals gemeld in de kranten, de aanpak stelt hen in staat om te profiteren van de gewenste fotovoltaïsche eigenschappen van monokristallijn silicium door een eenvoudiger, lage temperatuur, goedkoper proces. Het zorgt voor zowel een hoge lichtabsorptie als een hoge elektrische geleidbaarheid.

"Dit is opvallend, omdat het suggereert dat de superieure fotovoltaïsche eigenschappen van monokristallijn silicium kunnen worden gerealiseerd door een eenvoudige, proces bij lage temperatuur, " zei Xiaokai Li, een doctoraalstudent in Taylor's lab en een hoofdauteur van beide papers. "Het geheim ligt in de rangschikking en montage van deze dunne films van koolstofnanobuisjes, "

In eerder werk, Yale-wetenschapper heeft met succes een dunne film van koolstofnanobuisjes ontwikkeld die kan worden gebruikt in brandstofcellen en lithium-ionbatterijen. Het recente onderzoek suggereert hoe de toepassing van de film op zonnecellen kan worden uitgebreid door de gladheid en duurzaamheid te optimaliseren.

"Het optimaliseren van deze interface kan ook dienen als platform voor veel zonnecelapparaten van de volgende generatie, inclusief koolstof nanobuis/polymeer, koolstof/polymeer, en alle koolstofzonnecellen, " zei Yeonwoong (Eric) Jung, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Reed en ook een hoofdauteur van de artikelen.