Ilustración de matrices de nanobarras de TiO2 sobre fibras de carbono fabricadas mediante el método de "disolver y crecer". Crédito de la imagen:Guo, et al. © 2012 Sociedad Química Estadounidense
(PhysOrg.com) - Las nanovarillas semiconductoras de titanio que crecen en la superficie de las fibras de carbono se parecen más a las cerdas de un pequeño cepillo que a una célula solar. pero la nueva configuración podría tener varias ventajas sobre las células solares planas convencionales. Por ejemplo, las celdas flexibles en forma de tubo pueden capturar la luz desde todas las direcciones e incluso tienen el potencial de ser tejidas en ropa y papel para aplicaciones novedosas. Pero en la etapa actual de desarrollo, los investigadores están tratando de encontrar una Método de bajo costo para fabricar células solares en forma de tubo de alta calidad.
Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta, Georgia, y la Universidad de Xiamen en Xiamen, Porcelana, han desarrollado recientemente un nuevo método para preparar dióxido de titanio uniforme (TiO 2 ) nanobarras sobre fibras de carbono. El nuevo método tiene ventajas sobre el método sol-gel comúnmente utilizado, que requiere altas temperaturas y puede causar grietas en los materiales. El nuevo estudio se publica en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
“Este trabajo demuestra un método innovador para cultivar TiO agrupado 2 nanobarras sobre sustratos flexibles que se pueden aplicar a dispositivos flexibles para la recolección y el almacenamiento de energía, ”Dijo el coautor Wenxi Guo del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Xiamen. PhysOrg.com .
La fabricación de células solares en forma de tubo es un desafío debido a los múltiples pasos involucrados, que incluyen la transformación de láminas de Ti puro en TiO 2 nanorods, Recubrimiento de fibras de carbono con nanobarras, y disponer uniformemente las nanovarillas sobre las fibras. Como explican los investigadores, una solución ideal para preparar TiO 2 nanoestructuras en fibras de carbono es hacerlas crecer directamente sobre la superficie de la fibra. Lo hicieron aquí utilizando un método de "disolución y crecimiento" para transformar el Ti en TiO monocristalino alineado verticalmente. 2 nanobarras sobre fibras de carbono.
Imágenes de microscopio electrónico de barrido de matrices de nanobarras de TiO2 que cubren uniformemente las fibras de carbono. Crédito de la imagen:Guo, et al. © 2012 Sociedad Química Estadounidense
Luego, en un intento de mejorar aún más el rendimiento del dispositivo, los investigadores utilizaron un método de "grabar y hacer crecer" para grabar las nanovarillas en matrices agrupadas rectangulares mediante un tratamiento hidrotermal con ácido clorhídrico.
Después de ensamblar las fibras de carbono cubiertas de nanobarras como fotoanodos en células solares sensibilizadas con colorante en forma de tubo (DSSC), los investigadores probaron experimentalmente el rendimiento de las células solares. Los resultados mostraron que la configuración de nanovarillas agrupadas rectangulares logró una eficiencia de conversión de energía de 1.28%, en comparación con el 0,76% de la configuración no agrupada. Los investigadores atribuyen la diferencia a la mayor superficie de las nanovarillas agrupadas, que permite adsorber más moléculas de tinte, resultando en más excitaciones de electrones.
La gran superficie le da a las células solares en forma de tubo la capacidad de capturar la luz desde todas las direcciones, lo que podría hacerlos atractivos para aplicaciones bajo luz solar intensamente forzada. Además de las células solares, el método para cultivar TiO 2 Los nanocables sobre fibras de carbono podrían extenderse a la fabricación de fotocatalizadores y baterías de iones de litio. Pero quizás la aplicación más singular sería tejerlos en telas.
"En el futuro, podemos introducir fibras de carbono u otros materiales de carbono como contraelectrodos para esta configuración, ”Dijo Guo. "En este caso, podemos fabricar DSSC solo basados en materiales de carbono y TiO 2 que son prometedoras para aplicaciones de tela y papel. También podemos planear hacer algún trabajo híbrido para adquirir diferentes fuentes de energía basadas en esta configuración ".
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