Nanobäume für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

Forscher des Applied Nano Tech &Science Lab am Korea Advanced Institute of Science and Technology und des Laser Thermal Lab an der UC Berkeley, USA, haben sich zusammengetan, um die Effizienz farbstoffsensibilisierter Solarzellen zu verbessern.Farbstoffsensibilisierte Solarzellen In den späten 1960er Jahren wurde entdeckt, dass beleuchtete organische Farbstoffe an Oxidelektroden in elektrochemischen Zellen Elektrizität erzeugen können. Um die Primärprozesse der Photosynthese zu verstehen und zu simulieren, wurde das Phänomen an der University of California in Berkeley mit aus Spinat extrahiertem Chlorophyll untersucht (biomimetischer oder bionischer Ansatz). Auf der Grundlage solcher Experimente wurde 1972 die elektrische Stromerzeugung nach dem Prinzip der Farbstoffsensibilisierungssolarzelle (DSSC) demonstriert. Die Farbstoffsolarzelle gehört zur Gruppe der Dünnschichtsolarzellen und basiert auf einem zwischen einem Photo- sensibilisierte Anode und ein Elektrolyt, ein photoelektrochemisches System. Die eingebauten Farbstoffmoleküle haben Nanometergröße, aber um eine angemessene Menge des einfallenden Lichts einzufangen, muss die Schicht der Farbstoffmoleküle ziemlich dick gemacht werden, viel dicker als die Moleküle selbst. Um dieses Problem anzugehen, wird ein Nanomaterial als Gerüst verwendet, um eine große Anzahl von Farbstoffmolekülen in einer 3D-Matrix zu halten, wodurch die Anzahl der Moleküle für jede gegebene Zelloberfläche erhöht wird.Eigenschaften Das DSSC verfügt über eine Reihe attraktiver Funktionen; Es ist einfach mit herkömmlichen Rollendrucktechniken herzustellen, ist halbflexibel und halbtransparent, was eine Vielzahl von Anwendungen bietet, die auf glasbasierte Systeme nicht anwendbar sind, und die meisten verwendeten Materialien sind kostengünstig. Obwohl ihr Umwandlungswirkungsgrad geringer ist als der der besten Dünnschichtzellen, sollte ihr Preis-Leistungs-Verhältnis theoretisch gut genug sein, um mit der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen konkurrieren zu können. Derzeit können farbstoffsensibilisierte Zellen etwa 11% erreichen, während die normale herkömmliche Siliziumzelle mehr als 15% beträgt.Verzweigungstechnik In der Natur haben Bäume hierarchische Verzweigungen über mehrere Generationen hinweg, um die Aufnahme von Sonnenlicht zu maximieren. Inspiriert von dieser Tatsache haben die Forscher einen einfachen hydrothermalen Ansatz in Kombination mit Polymerentfernung und Keimabscheidung für die Synthese von ZnO-Nanodrähten (NWs), die winzigen Bäumen mit langen Ästen ähneln, entwickelt, um effiziente farbstoffsensibilisierte Solarzellen zu entwickeln. Prinzip Die Forscher behaupten, dass die Kurzschlussstromdichte und die Lichtumwandlungseffizienz insgesamt fast viermal höher sind als bei farbstoffsensibilisierten Solarzellen, die mit verzweigten ZnO-NWs hergestellt wurden, im Vergleich zu Geräten, die auf vertikal gewachsenen ZnO-NWs basieren. Die Effizienzsteigerung ist auf die Vergrößerung der Oberfläche für eine höhere Farbstoffbeladung und Lichternte sowie auf eine verringerte Ladungsrekombination durch direkte Leitung entlang der kristallinen ZnO-Zweige zurückzuführen. Die hierarchischen Nanobaumstrukturen werden auch für Hochleistungsenergiespeicher und hocheffiziente Energieverbrauchsgeräte nützlich sein.