Karbon oppstår som nytt solenergimateriale


Forskere undersøker hvordan karbon kan utnytte solens lys, og erstatter potensielt dyrere og giftige materialer som brukes i konvensjonelle fotovoltaiske teknologier. Nå har et team ved Stanford University utviklet en solcelle hvis komponenter er laget utelukkende av karbon. Forskerne publiserte sine funn i forrige måned i tidsskriftet ACS Nano . &

Forskere undersøker hvordan karbon kan utnytte solens lys, og erstatter potensielt dyrere og giftige materialer som brukes i konvensjonelle fotovoltaiske teknologier.

Nå har et team ved Stanford University utviklet en solcelle hvis komponenter er laget utelukkende av karbon. Forskerne publiserte sine funn i forrige måned i tidsskriftet ACS Nano .

"Vi var interessert i å danne i utgangspunktet en ny type solcelle hvor materialene som brukes er alle karbonmaterialer, " sa Michael Vosgueritchian, doktorgradsstudent i kjemisk ingeniørfag i Stanford og medforfatter.

Han forklarte at karbonmaterialer har flere egenskaper som gjør dem tiltalende for utviklere av energi. "Det er ingen frykt for å gå tom for karbon, " sa Vosgueritchian. "Disse materialene, siden de er nanomaterialer, er de løsningsbehandlingsbare. De kan deponeres ved sprøyting og belegging uten høye temperaturer eller støvsuger."

Kontrast dette med typiske silisiumbaserte solcellepaneler: Produsenter trenger veldig rent silisium og må varme det til høye temperaturer. Apparatets elektroder består ofte av dyre, sjeldne eller farlige elementer som kadmium, tellur og indium. Når et fotovoltaisk panel slites ut, produserer disse kjemikaliene også en avfallsfare.

Arbeidet under Zhenan Bao i Stanford, sa Vosgueritchian, at forskergruppen brukte flere smaker av karbon for å konstruere enheten. Grafene, en karbonstruktur der atomene ligger i tynne ark med sekskanter, dannet anoden.

Hvis grafen rulles inn i en sylinder, blir den en karbon nanorør. Nanotubes utgjør en del av enhetens aktive lag, som omdanner lys til elektrisitet. På toppen var et lag med 60-karbon-fullerener, fotball-ballformede arrangementer av atomer. Det endelige laget var en katode bestående av nanorør.

"En lang vei å gå" før praktisk bruk
Michael Strano, professor i kjemisk ingeniørfag ved Massachusetts Institute of Technology, forklarte at dette veikrysset mellom nanorør og fullerener "representerer en fundamentalt ny type solcelle." Teamet hans utviklet en enhet som brukte dette systemet og publiserte sitt arbeid i Advanced Materials i juni.

Ifølge Strano kan disse eksotiske karbonstrukturer komme fra fornybare kilder, til og med pyrolyserte søppel. "Det er en stor forskjell fra solcellekomponenter som må utvinnes fra jorden, " sa han. "Det betyr også at fotovoltaikken blir lettere resirkulert." Gruve de nødvendige kjemikaliene for en konvensjonell solcelle er ofte en destruktiv prosess, og øker miljøets miljøpåvirkning betydelig gjennom hele livssyklusen.

Kullbaserte solceller kan også være mer stabile enn silisium- eller polymerbaserte solceller, som kan slites ut når de blir utsatt for elementene. "Grafene og karbonnanorør er beryktede for å være ganske inerte, " sa Strano.

Men kullnormaterialer står fortsatt overfor problemer med produksjonskostnader. Å gjøre strukturer på nanometerskala kan være arbeidsintensiv, og laboratorier har kun laget disse karbon solceller i små, benk-skalaer. "For å bestemme kostnadene for materialet, må du produsere dem i målestokk, " sa Strano.

Et annet problem er enhetens effektivitet. Stanford-forskerne rapporterte en maksimal effektomformingseffektivitet på 0, 46 prosent. Til sammenligning øker organiske solceller bare under 10 prosent effektivitet, og noen av de mest avanserte krystall-silisiumcellene kan øke 25 prosent, ifølge National Renewable Energy Laboratory.

"Det er lavt, men det er respektabelt, " sa Strano, og noterte at teknologien fortsatt viser konsepter, og forskere har ennå ikke begynt å optimalisere cellens komponenter, for eksempel å blande fullerene og nanorørene i det aktive laget på en slik måte at det øker overflateareal for produksjon av elektroner. "Ingen gjør en strukturert heterojunction. [Forskere er] gjør en slags peanøttsmør og gelésandwich ut av det. Det er den enkleste måten, " sa han.

"Måten du lager det aktive laget, er helt annerledes enn det du gjør med silisium, " ekko Marco Bernardi, doktorgradsstudent ved MIT. Bernardi jobbet sammen med Jeffrey Grossman innen materialvitenskap, og utviklet også en karbon solcelle og publiserte sitt arbeid i ACS Nano i september.

Bernardi sa at han og hans medarbeidere brukte en systematisk tilnærming til å modellere, designe og optimalisere materialene i karboncellen. De ser nå på amorft karbon, et billigere materiale, og ser hvordan de kan få det til å lage strøm. I tillegg sa Bernardi at forskerne vil vise at cellene kan være stabile i flere tusen timer uten å være innkapslet, mens de bedre forstår den grunnleggende fysikken.

Før en karbon solcelle gjør det til et tak i nærheten av deg, "det er mye mer forskning som må gjøres, " sa Bernardi. "Det er en lang vei å gå for optimalisering."

Reprinted from Climatewire med tillatelse fra Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500

Mystisk Honeybee Disappearance Linked to Rare VirusTordenvær forsinkelser SpaceX Rocket Landing ForsøkHva forteller Nordkoreas nyeste kjernekompetanse oss om atomkreftene sine?Droner Lær å svømme [Video]Hvordan kan forbrukerne finne ut om et selskap er "grønnvasket" miljømessig usynlig praksis?Luftbåren analyse av brennende Amazoneskoger kunne lukke klimamodelleneI varmt vann: istid oppløst av oppvarmende hav, ikke økning i CO2Hvordan løse kampen om teleskoper på Mauna Kea