(Phys.org) — Zonnecellen op basis van halfgeleidende composietkunststoffen en koolstofnanobuisjes is een van de meest veelbelovende nieuwe technologieën voor het produceren van goedkope geprinte zonnecellen. Natuurkundigen van de Universiteit van Umeå hebben ontdekt dat men het aantal koolstofnanobuisjes in het apparaat met meer dan 100 keer kan verminderen, terwijl het uitzonderlijke vermogen om ladingen te transporteren behouden blijft. Dit wordt bereikt dankzij slimme nano-engineering van de actieve laag in het apparaat. Hun resultaten worden gepubliceerd als voorpaginanieuws in het tijdschrift nanoschaal .

Koolstof nanobuisjes worden steeds aantrekkelijker voor gebruik in zonnecellen als vervanger van silicium. Ze kunnen worden gemengd in een halfgeleidend polymeer, en afgezet uit oplossing door eenvoudige en goedkope methoden om dunne en flexibele zonnecellen te vormen. Het hybride materiaal is gemakkelijk uit te smeren over een groot oppervlak en de nanobuisjes hebben een uitstekende elektrische geleidbaarheid, en ze kunnen elektrische ladingen die worden gegenereerd door zonne-energie effectief scheiden en transporteren.

Eerder dit jaar, Dr. David Barbero en zijn onderzoeksteam aan de Universiteit van Umeå, voor het eerst aangetoond dat als koolstofnanobuisjes op een gecontroleerde manier met elkaar worden verbonden om complexe nanonetwerken te vormen, men kan een aanzienlijk hoger ladingstransport en elektriciteit bereiken dan voorheen met dezelfde materialen mogelijk was. Dit betekent dat het transport van elektrische ladingen plaatsvindt met zeer weinig energieverlies.

Eerdere studies hebben gemeld dat er een percolatiedrempel is voor de hoeveelheid koolstofnanobuisjes die nodig is om elektrische ladingen efficiënt in een apparaat te transporteren. Onder deze drempel het apparaat wordt volledig inefficiënt en er kan geen stroom worden gegenereerd.

In deze nieuwe studie Dr. Barbero en zijn team aan de Umeå University laten zien dat deze drempel meer dan 100 keer verlaagd kan worden in een halfgeleidend polymeer en toch hoge stromen en ladingstransport kan genereren bij zeer lage nanobuisladingen. waardoor de materiaalkosten sterk worden verlaagd.

"Onze resultaten zijn belangrijk vanuit een fundamenteel oogpunt, maar ook van praktisch belang. De gezuiverde halfgeleidende nanobuisjes, die nodig zijn voor krachtige apparaten, zijn nog vrij duur en tijdrovend om te produceren. Nutsvoorzieningen, nano-koolstof apparaten, zoals op koolstof nanobuisjes gebaseerde zonnecellen, kan worden geproduceerd met een veel kleiner aantal koolstofnanobuisjes en dus veel lagere materiaalkosten, ' zegt David Barbero.

De nieuwe resultaten zullen naar verwachting de ontwikkeling van de volgende generatie van in oplossing verwerkte dunne film nano-koolstof gebaseerde zonnecellen versnellen, die zowel effectiever zijn in het opwekken van stroom als minder kostbaar om te produceren in vergelijking met de huidige zonnecellen.