QUT-onderzoekers hebben koolstofpunten gebruikt, gemaakt van mensenhaarafval afkomstig van een kapperszaak in Brisbane, om een ​​soort "pantser" te creëren om de prestaties van geavanceerde zonnetechnologie te verbeteren.

In een studie gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry A , de onderzoekers onder leiding van professor Hongxia Wang in samenwerking met universitair hoofddocent Prashant Sonar van QUT's Centre for Materials Science toonden aan dat de koolstofnanodots kunnen worden gebruikt om de prestaties van perovskieten-zonnecellen te verbeteren.

Perovskieten zonnecellen, een relatief nieuwe fotovoltaïsche technologie, worden gezien als de beste PV-kandidaat om goedkope, zeer efficiënte zonne-elektriciteit in de komende jaren. Ze hebben bewezen even effectief te zijn in energieconversie-efficiëntie als de huidige commercieel beschikbare monokristallijne siliciumzonnecellen, maar de hindernissen voor onderzoekers op dit gebied zijn om de technologie goedkoper en stabieler te maken.

In tegenstelling tot siliciumcellen, ze zijn gemaakt met een verbinding die gemakkelijk kan worden vervaardigd, en omdat ze flexibel zijn, kunnen ze worden gebruikt in scenario's zoals kleding op zonne-energie, rugzakken die uw apparaten onderweg opladen en zelfs tenten die als zelfstandige stroombron kunnen dienen.

Dit is het tweede grote onderzoek dat komt als resultaat van een van mensenhaar afgeleide koolstofstippen als multifunctioneel materiaal.

Vorig jaar, Universitair hoofddocent Prashant Sonar leidde een onderzoeksteam, waaronder Centre for Materials Science research fellow Amandeep Singh Pannu, die haarresten in koolstofnanodots veranderde door de haren af ​​te breken en ze vervolgens te verbranden bij 240 graden Celsius. In die studie, de onderzoekers toonden aan dat de koolstofpunten kunnen worden omgezet in flexibele schermen die in toekomstige slimme apparaten kunnen worden gebruikt.

In deze nieuwe studie Het onderzoeksteam van professor Wang, waaronder Dr. Ngoc Duy Pham, en meneer Pannu, werken met de groep van professor Prashant Sonar, gebruikte de koolstof nanodots op perovskiet zonnecellen uit nieuwsgierigheid. Het team van professor Wang had eerder ontdekt dat nanogestructureerde koolstofmaterialen kunnen worden gebruikt om de prestaties van een cel te verbeteren.

Na het toevoegen van een oplossing van koolstofstippen in het proces van het maken van de perovskieten, Het team van professor Wang ontdekte dat de koolstofstippen een golfachtige perovskietlaag vormen waar de perovskietkristallen worden omgeven door de koolstofstippen.

"Het creëert een soort beschermende laag, een soort harnas, ' zei professor Wang.

"Het beschermt het perovskietmateriaal tegen vocht of andere omgevingsfactoren, die schade aan de materialen kunnen veroorzaken."

Uit de studie bleek dat perovskiet-zonnecellen bedekt met de koolstofstippen een hogere energieconversie-efficiëntie en een grotere stabiliteit hadden dan perovskietcellen zonder de koolstofstippen.

Professor Wang doet al zo'n 20 jaar onderzoek naar geavanceerde zonnecellen, en werken met perovskietcellen sinds ze ongeveer tien jaar geleden werden uitgevonden, met als hoofddoel het ontwikkelen van kosteneffectieve, stabiele fotovoltaïsche materialen en apparaten, om het energieprobleem in de wereld op te lossen.

"Ons uiteindelijke doel is om zonne-elektriciteit goedkoper te maken, gemakkelijker toegankelijk, duurzamer en om PV-apparaten lichtgewicht te maken omdat de huidige zonnecellen erg zwaar zijn, ' zei professor Wang.

"De grote uitdagingen op het gebied van perovskiet-zonnecellen zijn het oplossen van de stabiliteit van het apparaat om 20 jaar of langer te kunnen werken en het ontwikkelen van een fabricagemethode die geschikt is voor grootschalige productie.

"Momenteel, alle gerapporteerde hoogwaardige perovskiet-zonnecellen zijn gemaakt in een gecontroleerde omgeving met een extreem laag vocht- en zuurstofgehalte, met een zeer klein celoppervlak die praktisch onhaalbaar zijn voor commercialisering.

"Om de technologie commercieel levensvatbaar te maken, uitdagingen voor de fabricage van een efficiënt groot gebied, stal, flexibel, perovskiet-zonnepanelen tegen lage kosten moeten worden overwonnen.

"Dit kan alleen worden bereikt door een diep begrip van de materiaaleigenschappen bij grootschalige productie en onder industrieel compatibele omstandigheden."

Professor Wang is vooral geïnteresseerd in hoe perovskietcellen in de toekomst kunnen worden gebruikt om ruimtevaartuigen aan te drijven.

Het internationale ruimtestation wordt aangedreven door vier zonnepanelen, die tot 120 kW elektriciteit kan opwekken. Maar een nadeel van de huidige technologie van ruimte-PV's is het gewicht van de lading om ze daar te krijgen.

Terwijl perovskiet veel lichter zou zijn, een van de uitdagingen voor onderzoekers is om perovskietcellen te ontwikkelen die bestand zijn tegen de extreme straling en het brede scala aan temperatuurvariaties in de ruimte - van min 185 graden tot meer dan 150 graden Celsius.

Professor Wang zei dat de oplossing over tien jaar zou kunnen zijn, maar onderzoekers kregen steeds meer inzicht in het gebied.

Momenteel werkt het onderzoeksteam van professor Wang samen met professor Dmitri Golberg in het QUT Center for Materials Science om de eigenschappen van perovskietmaterialen onder extreme omgevingsomstandigheden zoals sterke bestraling van een elektronenstraal en drastische temperatuurveranderingen te begrijpen.

"Ik ben vrij optimistisch gezien hoeveel deze technologie tot nu toe is verbeterd, ' zei professor Wang.